DESECHOS SÓLIDOS PRINCIPIOS DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
Por George Tchobanoglous Hilary Theissen Rolf Eliassen
Serie: Ambiente y los Recursos Naturales Renovables AR-16
TRADUCCION: Armando Cubillos Mérida - Venezuela 1982
INDICE PRIMERA PARTE Pág. PERSPECTIVAS 1.
2.
3.
...................................................................................
1
DESECHOS SOLIDOS: UNA CONSECUENCIA DE LA VIDA ............
3
1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7.
Los Impactos de la Producción de Desechos Sólidos ............ Producción de Desechos en una Sociedad Tecnificada ............ Cantidades de Desechos ........................................................... Proyecciones para el Futuro ........................................................... Retos y Oportunidades Futuras ................................................ Tópicos para Discusión ........................................................... Referencias ...................................................................................
5 6 8 13 15 17 18
LA EVOLUCION EN EL MANEJO DE LOS DESECHOS SOLIDOS ...............................................................................................
19
2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6.
Desarrollo Histórico ....................................................................... Elementos Funcionales ........................................................... Sistemas de Manejo de Desechos Sólidos .................................... Planificación del Manejo de los Desechos Sólidos ........................ Temas de Discusión ....................................................................... Referencias ...................................................................................
19 26 35 42 46 48
LEGISLACION Y AGENCIAS GUBERNAMENTALES ........................
49
3.1. 3.2. 3.3. 3.4.
49 54 59 61
Legislación .................................................................................... Agencias Gubernamentales ............................................................ Temas de Discusión ....................................................................... Referencias ...................................................................................
PRINCIPIOS DE INGENIERIA 4.
PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5.
5.
........................................................... ....................................
63
Fuentes y Tipos de Desechos Sólidos .................................... Composición de los Desechos Sólidos Municipales ........................ Tasas de Producción ....................................................................... Discusión de Tópicos y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
63 67 82 96 101
MANEJO, ALMACENAMIENTO Y PROCESADO IN SITU 5.1.
62
Salud Pública y Estética
............
103
...........................................................
104
5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6.
Manejo en el Origen o In Situ ................................................ Almacenamiento en el Origen o In Situ .................................... Procesado de Desechos Sólidos en el Origen o In Situ ............ Temas de Discusión y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
104 110 119 133 135
6 . RECOLECCION DE DESECHOS SOLIDOS ................................................
137
6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 7.
Servicios de Recolección ........................................................... Sistemas de Recolección, Necesidades de Equipo y Mano de Obra ................................................................................... Análisis de Sistemas de Recolección .................................... Rutas de Recolección ........................................................... Técnicas Avanzadas de Análisis ................................................ Tópicos de Discusión y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6.
137 147 159 189 106 211 218
................................................
221
La Necesidad de Operaciones de Transferencia ........................ Estaciones de Transferencia ........................................................... Medios y Métodos de Transporte ................................................ Localización de Estaciones de Transferencia ........................ Tópicos para Discusión y Problemas .................................... Referencias ...................................................................................
221 226 241 252 261 273
SEGUNDA PARTE 8.
EQUIPO Y TECNICAS DE PROCESADO
....................................
275
Propósitos del Procesado ........................................................... Reducción Mecánica del Volumen ................................................ Reducción Química del Volumen ................................................ Reducción Mecánica del Tamaño ................................................ Separación de Componentes ........................................................... Secado y Extracción de Agua ................................................ Tópicos de Discusión y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
276 277 287 301 309 339 343 345
RECUPERACION DE RECURSOS, CONVERSION DE PRODUCTOS, Y ENERGIA ...............................................................................................
347
8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 9.
9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5.
Sistemas de Procesado y Recuperación de Materiales Recuperación de Productos de Conversión Química Recuperación de Productos de Conversión Biológica Recuperación de Energía de Productos de Conversión Diagramas de Flujo de Recuperación de Materiales
............ ............ ............ ............
348 360 382 401
y Energía ................................................................................... Temas de Discusión y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
409 421 428
DISPOSICION DE DESECHOS SOLIDOS Y MATERIA RESIDUAL ...............................................................................................
431
9.6. 9.7. 10.
11.
10.1. Selección del Sitio ....................................................................... 10.2. Métodos y Operación del Relleno Sanitario .................................... 10.3. Reacciones que Ocurren en Rellenos Sanitarios Terminados ................................................................................... 10.4. Movimiento y Control del Gas y Lixiviado .................................... 10.5. Diseño de Rellenos Sanitarios ................................................ 10.6. Disposición de Desechos Sólidos en el Océano ........................ 10.7. Temas de Discusión y Problemas ................................................ 10.8. Referencias ...................................................................................
433 439
DESECHOS PELIGROSOS ........................................................................
515
11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9. 11.10. 11.11. 11.12.
515 518 520 525 527 530 532 533 537 539 540 542
Identificación de Desechos Peligrosos .................................... Clasificación de Desechos Peligrosos .................................... Reglamentaciones ....................................................................... Producción ................................................................................... Almacenamiento In Situ ........................................................... Recolección ................................................................................... Transferencia y Transporte ........................................................... Procesado ................................................................................... Disposición ................................................................................... Planificación ................................................................................... Temas para Discusión y Problemas ................................................ Referencias ...................................................................................
446 455 471 503 504 511
PRIMERA PARTE PERSPECTIVAS ¿Qué son desechos sólidos? ¿Cuáles son los impactos de la producción de desechos sólidos? ¿Cuál es la magnitud del problema? ¿Qué se espera en el futuro con relación a la producción de desechos? ¿Cuáles son los retos y oportunidades de cambio en el futuro? ¿Cómo evolucionó el manejo de los desechos sólidos? ¿Cómo se identifican las distintas actividades asociadas con la producción, almacenamiento in situ, recolección, transferencia y transporte, procesado y recuperación, y disposición de desechos como elementos funcionales? ¿Cuáles son las responsabilidades rutinarias de una agencia en operación? ¿Qué se quiere decir con el término planificación integral aplicada al manejo de desechos sólidos? ¿Cuál legislación a nivel federal ha afectado el manejo de los desechos sólidos? ¿Cuáles agencias gubernamentales son responsables de administrar la legislación aplicable? y ¿Cuáles son los impactos a nivel local?. Las respuestas a estas preguntas se discuten en la primera parte. También son la esencia de una comprensión introductoria del manejo de los desechos sólidos la historia de la primera parte es la historia del progreso en este campo desde el uso de carretas tiradas por caballos hasta vehículos especialmente diseñados con motor de tracción. También es la historia del avance desde botaderos a campo abierto (que se convertían en peligros para la salud pública y sitios donde tuvo lugar la quema y horrenda polución del aire) hasta el desarrollo de métodos mecanizados de relleno para el control de vectores de enfermedades y la reclamación de tierras, seguido de practicas más sofisticadas de manejo de desechos sólidos y recuperación de materiales que son usadas hoy día.
1.
DESECHOS SOLIDOS UNA CONSECUENCIA DE LA VIDA
Los desechos sólidos son todos los desechos que proceden de actividades humanas y de animales que son normalmente sólidos y que se desechan como inútiles o indeseados. El término, como se usa en este texto, incluye todo, y abarca las masas heterogéneas de desechos de comunidades urbanas lo mismo que acumulaciones más homogéneas de desechos agrícolas, industriales y minerales. En un ambiente urbano, la acumulación de desechos sólidos es una consecuencia directa de la vida. De esta consecuencia ha evolucionado lo que hoy en día (1976) es en los Estados Unidos una actividad asociada con el manejo de los desechos sólidos de 3 billones a 4 billones de dólares por año. Para introducir al lector en el campo del manejo de los desechos sólidos, en este capitulo se presenta un resumen de los siguientes tópicos: 1) impactos sobre la salud pública y ecológicos de los desechos sólidos, 2) producción de desechos sólidos en una sociedad tecnificada, 3) la magnitud del problema de los desechos sólidos en términos de las cantidades producidas, 4) proyecciones para el futuro, y 5) retos y oportunidades futuras con respecto al manejo de los desechos sólidos. 1.1.
LOS IMPACTOS DE LA PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS
El hombre y los animales han usado los recursos de la tierra para sustentar la vida y disponer desechos desde tiempos ancestrales. En tiempos antiguos, la disposición de desechos humanos y de otra naturaleza no presentaron un problema significativo, debido a que la población era pequeña y la cantidad de tierra disponible para la asimilación de desechos era grande. Hoy día hablamos de reusar el valor energético y fertilizante de los desechos sólidos, pero el agricultor de los tiempos antiguos probablemente hizo un intento más audaz de esto. Todavía se pueden ver indicaciones de reuso en las prácticas agrícolas primitivas, aún sensibles, en muchas naciones en desarrollo donde los granjeros recirculan desechos sólidos por su valor combustible o fertilizante. Los problemas con la disposición de desechos sólidos pueden ser encontrados desde el tiempo en que los seres humanos empezaron a congregarse en tribus, poblaciones y comunidades y la acumulación de desechos se convirtió en una consecuencia de la vida (vea la Fig. 1.1). la dispersión de alimentos y otros desechos sólidos en ciudades medioevales - la práctica de botar desechos en calles sin pavimentar, carreteras y terrenos desocupados condujo a procreación de ratas, con su compañía de pulgas acarreando gérmenes de enfermedades, y la erupción epidémica de la peste. La falta de planes para el manejo de los desechos sólidos condujo a la epidemia de peste, la Muerte Negra, que mató a la mitad de los europeos en el siglo catorce y ocasionó muchas epidemias subsiguientes y un elevado tributo de muertes. No fue hasta el siglo diez y nueve que las medidas de control de salud pública se convirtieron en una consideración vital de los funcionarios públicos, quienes empezaron a darse cuenta de que los desechos de alimentos se debían recolectar y disponer en forma sanitaria para controlar vectores de enfermedades. La relación entre salud pública y el almacenamiento, recolección y disposición inadecuados de desechos sólidos es muy clara. Autoridades de Salud Pública han demostrado que las ratas, moscas y otros vectores de enfermedades procrean en botaderos a campo abierto, lo
mismo que en viviendas pobremente construidas o mantenidas, en instalaciones de almacenamiento de alimentos, y en muchos otros lugares donde hay alimento y albergue disponible para las ratas y los insectos asociados con ellas. El Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos (USPHS) ha publicado los resultados de un estudio (3) que señala la relación de 22 enfermedades humanas al manejo impropio de desechos sólidos. También hay datos disponibles para mostrar que la tasa de enfermedad- accidente para trabajadores empleados en la recolección y disposición de desechos sólidos es varias veces mayor que para empleados de industrias (3). Los impactos ecológicos, tales como polución del agua y el aire, también han sido atribuidos a manejo impropio de los desechos sólidos. Por ejemplo, líquido de botaderos y rellenos pobremente diseñados y operados han contaminado aguas superficiales y subterráneas. En áreas mineras el líquido lixiviado de los botaderos de desechos puede contener elementos tóxicos, tales como cobre, arsénico y uranio, o pueden contaminar abastecimientos de agua con sales indeseadas de calcio y magnesio. Mientras la capacidad de la naturaleza para diluir, dispersar, degradar, absorber, o disponer de otra manera de sus residuos indeseados en la atmósfera, en los cursos de agua, y sobre el suelo es bien conocida, los seres humanos no pueden exceder esta capacidad natural para la disposición de sus desechos indeseables o se impondrá un desequilibrio ecológico sobre la biósfera. 1.2.
PRODUCCION DE DESECHOS EN UNA SOCIEDAD TECNIFICADA
Se pueden encontrar señales de desarrollo de una sociedad tecnológica en los Estados Unidos a principios de la Revolución Industrial en Europa; desafortunadamente, de esta manera se produce un aumento de los problemas de disposición de los desechos sólidos. En realidad, en la última parte del siglo diez y nueve, las condiciones urbanas en Inglaterra eran tan lamentables que en 1888 se aprobó una ley prohibiendo botar desechos sólidos en canales, ríos y aguas. Esta precedió en unos 11 años a la promulgación de la ley de Ríos y Puertos de 1899 en los Estados Unidos, que intentaba reglamentar la descarga de desechos en las aguas navegables y terrenos adyacentes. Entonces, junto con los beneficios de la tecnología también han venido los problemas asociados con los desechos resultantes. Para comprender la naturaleza de estos problemas, será útil examinar el flujo de materiales y la producción asociada de desechos en una sociedad tecnificada y considerar el impacto directo de los avances tecnológicos sobre el diseño de las instalaciones para desechos sólidos.
Fig. 1.1.- Los problemas de Desechos Sólidos no son nuevos. (A:C: con el permiso de Johnn Hart y Field Enterprises, Inc.)
Flujo de Materiales y Producción de Desechos Una indicación de cómo y cuándo se producen desechos sólidos en nuestra sociedad tecnológica se muestra en un flujo simplificado de materiales del diagrama presentado en la Figura 1.2. Los desechos sólidos (desperdicios) se producen al iniciar el proceso, empezando con la extracción de materias primas (6). Los desperdicios dejados de operaciones de minería a campo abierto, por ejemplo, son bien conocidos. De allí en adelante, se producen desechos sólidos en cada etapa del procesado a medida que las materias primas son transformadas en productos para el consumo. De la Figura 1.2 se desprende que una de las mejores maneras de reducir la cantidad de desechos sólidos a ser dispuestos es limitar el consumo de materias primas y aumentar la tasa de recuperación y reuso de materiales de desecho. Aunque el concepto es simple, se ha encontrado extremadamente difícil efectuar este cambio en una sociedad tecnológica. Este tema es considerado con mayor detalle en la última sección de este capitulo.
Fig. 1.2. Flujo de materiales y producción de desechos sólidos en una sociedad tecnológica. El efecto de los Avances Tecnológicos Los avances tecnológicos modernos en empacado de bienes crean un conjunto de parámetros que cambian continuamente para el diseñador de instalaciones de desechos sólidos. De particular importancia son el uso creciente de plásticos y el uso de alimentos congelados, que reducen las cantidades de desechos de alimentos en las viviendas pero aumentan las cantidades en plantas de procesado de productos agrícolas. La aceptación de las llamadas comidas TV, por ejemplo, resulta en casi ningún desecho en las viviendas a excepción de los materiales de empaque (1). Estos cambios continuos ofrecen problemas al diseñador de instalaciones debido a que las estructuras para el procesado de los desechos sólidos involucran grandes inversiones de capital y se deben diseñar para que sean funcionales durante un período de aproximadamente 25 años. Entonces, los ingenieros responsables del diseño de instalaciones para desechos sólidos deben estar conscientes de
las tendencias, aunque no puedan ser clarividentes en la predicción de los cambios en la tecnología que afectarán las características de los desechos sólidos en los próximos 25 años. Por otro lado, se debe usar toda técnica posible de predicción en esta sociedad tecnológica cambiante de manera que se incluyan en el diseño de las instalaciones la flexibilidad y utilización. Idealmente, una instalación debe ser funcional y eficiente durante su vida útil, que debe coincidir con la madurez de los bonos que se emitieron para financiarías. Pero surgen preguntas importantes: ¿Cuáles elementos de la sociedad producen las mayores cantidades de desechos sólidos y cuál es la naturaleza de estos desechos? También, ¿Cómo se pueden minimizar esas cantidades? ¿Cuál es el papel de la recuperación de recursos? 1.3.
CANTIDADES DE DESECHOS
Cada uno de nosotros está familiarizado con los desechos sólidos, especialmente los producidos en municipalidades, tales como desechos de alimentos y desperdicios, vehículos abandonados, desechos de demolición y construcción, barrido de calles y desechos de jardines. Sin embargo, resultan cantidades mucho mayores de fuentes agrícolas, industriales y mineras. Cantidades Estimadas Totales y Per Cápita Aunque los datos varían, estimativos recientes indican que en los Estados Unidos se producen 4.4 billones de toneladas cortas de desechos cada año. De este total, los desechos municipales representan aproximadamente 230 millones de toneladas; los desechos industriales, 140 millones de toneladas; y los desechos agrícolas, 640 millones de toneladas. La mayor cantidad de desechos sólidos proviene de minas y minerales y de desechos de animales, cada uno con un promedio de 1.7 billones de ton/año. La cantidad total a ser producida en el año 2000 se puede aproximar a 12 billones de ton/año. Observando sólo a los desechos urbanos e industriales, la tasa de producción en los Estados Unidos es de aproximadamente 3.600 lb/cápita/año. En comparación, otros países industrializados tienen tasas más bajas, aunque afrontan problemas similares. En base a estimativos aproximados, Japón es el más cercano a los Estados Unidos con un promedio de 800 lb. La tasa en Holanda está sobre las 600 lb; en Alemania Occidental es de alrededor de 500 lb. De estas cifras se puede concluir que en esos países la tasa de consumo de bienes es menor o se hace un mayor esfuerzo para recuperar y reusar desechos. Datos de Estudios Recientes Se han hecho muchos estudios para municipalidades y autoridades regionales sobre la producción de desechos sólidos por intermedio de ingenieros consultores y planificadores. Agencias Estadales y Federales, particularmente el Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos (USPHS) y la Agencia para la Protección Ambiental (EPA) , también han sido activas en esta área. Hay tantos valores reportados que no se puede alegar ninguno en particular debido al ya mencionado impacto de los desarrollos tecnológicos, el mercado de los productos al consumidor y su empaque, y las prácticas comerciales e industriales. Por
ejemplo, instituciones que tienen grandes computadoras, con sus largas impresiones han tenido un impacto apreciable en la producción de desechos de papel en ciertas comunidades. Por estas razones es imperativo hacer estudios para una municipalidad específica o región para determinar los rangos de valores de desechos sólidos producidos de fuentes municipales e industriales. Datos de Servicio de Salud Publica de los Estados Unidos. En 1968 el USPHS publicó datos obtenidos en su National Survey of Community Solid Waste Practices (4). En la Tabla 1.1 se muestran las tasas promedio de producción para fuentes urbanas en los Estados Unidos. Se debe hacer énfasis en que estos son promedios anuales y que las tasas reales de producción para una ciudad dada varían con las estaciones (recortes de jardín, hojas, papel de Navidad y recipientes para regalos, etc., se discute más adelante en este capítulo). Las cantidades exactas para una ciudad dada pueden estar muy por encima del promedio, tal es el caso de la gran cantidad de papel desechado en Washington, D.C., las capitales de estado, y los grandes centros comerciales e industriales. Nuevamente, cuidado con los promedios en el diseño de instalaciones, pero guíese por ellas en el análisis de resultados para un lugar específico!. En el Capitulo 4 se presentan valores detallados de la producción de desechos sólidos. TABLA 1.1. CANTIDADES PROMEDIO PER CÁPITA DE DESECHOS SÓLIDOS RECOLECTADOS DE FUENTES URBANAS EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1968*. Fuente Combinado residencial y comercial Industrial Institucional Demolición y construcción Limpieza de calles y avenidas Árboles y paisajismo Parques y playas Cuenca de captación Sólidos de plantas de tratamiento de aguas residuales Total
Lb/cápita/día 4,29 1,90 0,16 0,72 0,25 0,18 0,15 0,04 0,50 8,19+
*
Adaptado de la Ref. 4 Como se reporta en la Tabla 4.12, las cantidades totales correspondientes per cápita para todas las áreas (7,92 lb/cap/día) son algo más bajas que aquellas para áreas urbanas. +
NOTA:
lb/cápita/día x 0,4536 = kg/cápita/día.
Agencia para la Protección Ambiental. La EPA ha continuado los estudios del USPHS y en 1971 publicó un informe (5) al Congreso que contiene los estimativos de la producción presente y futura de desechos sólidos. El estimativo de la producción de desechos en los Estados Unidos por componentes se muestra en la Tabla 1.2. Nótese que las cantidades que se muestran como dispuestas son mayores que las que se muestran como producidas. La
diferencia se atribuye a aumento del contenido de humedad en los desechos dispuestos y a la medida de los desechos producidos en base seca. En esta tabla se excluyen los lodos de plantas de tratamiento, desechos de demolición y construcción, y desechos especiales tales como automóviles abandonados. TABLA 1.2. COMPONENTES DE DESECHOS SOLIDOS MUNICIPALES PRODUCIDOS EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1971*. Componente
Papel Vidrio Metal Ferroso Aluminio Otros no ferrosos Plástico Caucho y cuero Textiles Madera Alimentos Subtotal Desechos de patios Inorgánicos misceláneos Total
Total producido Toneladas % millones 39,1 31,3 12,1 9,7 11,9 9,5 10,6 8,5 0,8 0,6 0,5 0,4 4,2 3,4 3,3 2,6 1,8 1,4 4,6 3,7 22,0 17,6 99,0 79,2 24,1 19,3 1,9 1,5 125,0 100,0
Total dispuesto Toneladas % millones 47,3 37,8 12,5 10,0 12,6 10,1 4,7 3,8 3,4 2,7 2,0 1,6 4,6 3,7 17,7 14,2 104,8 83,9 18,2 14,6 2,0 1,5 125,0 100,0
Variaciones Mensuales y Estacionales Los desechos sólidos de fuentes residenciales- potencialmente uno de los principales problemas de salud pública en cualquier comunidad- varían considerablemente en composición y cantidad. Los autores han encontrado variaciones importantes, dependiendo del estatus económico, la composición étnica, y los hábitos sociales del vecindario (ejemplo, quema de papel y hojas en el patio). Las cantidades también varían con las estaciones, las selecciones de horticultura de los vecindarios, las características geográficas de la tierra, la precipitación, el clima, y los hábitos de la gente que comen, beben y el empaque de lo que ellos compran. La lista es virtualmente interminable. Estos datos son importantes en el diseño y la operación de cualquier instalación para desechos sólidos. Los datos que se muestran en la Figura 1-3, obtenidos en 1940 en un estudio completo (2) en la ciudad de Nueva York, son útiles para ilustrar la variación en la composición de los desechos producidos en base mensual y estacional. Como se muestra, estos datos estuvieron influenciados en gran parte por el uso de carbón para la calefacción residencial en 1940, una condición que puede volver a ocurrir a medida que la importación de petróleo y propano líquido se vuelva más restrictiva y se utilicen los recursos abundantes de carbón de los Estados Unidos.
Para el diseño de cualquier operación de desechos sólidos se deben obtener da tos semejantes a los que se muestran en la Figura 1-3, de manera que todos sus componentes puedan ser suficientemente flexibles para compensar con las cargas permanentemente variables de desechos descartados por los residentes, lo mismo que por la producción comercial e industrial. Los componentes de los desechos sólidos producidos en Nueva York en 1940, no son indicativos de los componentes a ser esperados en 1976, lo mismo que aquellos del año 2000 lo fueran de los de hoy día; sin embargo, se puede predecir el futuro en base al pasado. 1.4.
PROYECCIONES PARA EL FUTURO
Si los valores del USPHS de la Tabla 1.1 o los valores de la EPA en la Tabla 1.2 son usados para hacer proyecciones para el futuro, las cifras se basan necesariamente en tasas anuales supuestas de crecimiento de la población y en el consumo humano y disposición de productos desechados. La EPA ha supuesto que habrá un aumento en alimentos preparados industrialmente (con los desechos sólidos producidos en la categoría agrícola o industrial en lugares remotos) y un aumento en desechos de empaques. De otro lado, los desechos de patios, que alcanzan al 14,6 por ciento de los desechos dispuestos (Tabla 1.2), no aumentarán tan rápidamente en el futuro debido a que se espera que los tipos de vivienda cambien de casas unifamiliares a edificios de apartamentos.
Fig. 1.3. Distribución mensual de los componentes de los desechos sólidos que llegan a un relleno sanitario en Nueva York, 1940 (2) En vista de los muchos factores que influencian las predicciones para el futuro, se deben usar rangos. Debido a que los estimativos para el futuro son necesarios en el diseño de instalaciones de procesado y disposición de desechos sólidos, el ingeniero de diseño debe intentar la predicción del uso de la instalación para un mínimo de 25 años con el fin de justificar los gastos de capital involucrados. EPA ha desarrollado la Tabla 1.3 para ayudar al ingeniero en las proyecciones de diseño, suponiendo tres tasas diferentes de crecimiento de la producción de desechos sólidos.
De la experiencia obtenida durante los años 1960, se podría esperar que la producción de desechos sólidos aumente a una tasa del 4,5 por ciento anual. Una cifra más razonable, en base a un mejor conocimiento del público con respecto a la recuperación y reuso de recursos, podría ser del 3,5 por ciento. Si fueran efectivos los mayores esfuerzos en la recuperación y recirculación de recursos, la tasa de aumento podría ser tan baja como el 2,5 por ciento. El impacto económico de los costos de manejo de desechos sólidos se puede proyectar usando los valores contenidos en la Tabla 1.3 y aplicando algún promedio nacional estimado de costos unitarios de recolección y disposición desarrollados por la EPA. Datos de estudios de la EPA, junto con estimativos para 1980 y 1985, se presentan en la Tabla 1.4. Así, se espera que el manejo de desechos sólidos se convierta en una industria de US$4 billones a US$5 billones para 1985 (en base a dólares de 1971). Dependiendo de la tasa de inflación estos valores podrían cambiar apreciablemente. TABLA 1.3
CANTIDADES PROYECTADAS DE DESECHOS SÓLIDOS, 1980 A 1990*,+
Toneladas, millones Crecimiento compuesto anual, supuesto, porcentaje 1980 1985 2,5 (bajo) 155 175 3,5 (medio) 170 200 4,5 (alto) 185 230 • 1971 base= 125 millones de toneladas cortas (vea la Tabla 1.2) + De la Ref. 5 NOTA: 1.5.
1990 200 230 290
ton x 907,2 = kg.
RETOS Y OPORTUNIDADES FUTURAS
La industria multimillonaria del manejo de los desechos sólidos sólo puede ser costeada por el público responsable de la producción de las inmensas cantidades de desechos - alrededor de 200 millones de toneladas por año, como se muestra en la Tabla 1.4. Se deben estimular nuevas actitudes públicas en un intento para reducir la carga económica impuesta sobre la sociedad. La preocupación nacional debe trascender el concepto de que el público pueda aportar el pago y no puede insistir en reducir la carga económica ya sea mediante acciones individuales o sociales necesarias. Desafortunadamente, el nivel de vida en los Estados Unidos está inevitablemente vinculado a la producción de desechos sólidos- el despilfarro de recursos naturales en este país y en el exterior, el uso de materiales de muchos tipos por una sola vez, y la filosofía del desperdicio y la rápida obsolescencia de los productos. Es razonable presumir que el abandono de esta filosofía del desperdicio pudiera reducir el tonelaje de desechos a ser manejados. Este concepto inevitablemente conduce a la necesidad de recuperar recursos y a recircular los materiales recuperados a la corriente principal de la industria. Además, los hábitos de la gente deben cambiar por su propia voluntad, guiados por grupos
TABLA 1.4
COSTOS DE RECOLECCIÓN Y DISPOSICIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1971 A 1985* 1971 (ESTIMADO) 120
1980 (PROYECTADO) Bajo Medio Alto 150 160 175
Desechos recolectado (ton, millones)+ Costos unitarios ($/ton) Recolección 18 18 18 18 Disposición 4 5 5 5 23 23 23 Total 22 Total de costos nacionales, millones de dólares (1971) Recolección 2.160 2.700 2.880 3.150 750 800 875 Disposición 480 Total 2.640 3.450 3.680 4.025 * Adaptado de la Ref. 5 + Se supones que el 95 por ciento de los desechos producidos (Tabla 1.3) son recolectados. NOTA:
ton x 0,0011 = $/kg
1985 (PROYECTADO) Bajo Medio Alto 165 190 220 18 5 23
18 5 23
18 5 23
3.150 875 4.025
3.410 950 4.370
3.960 1.100 5.060
conservacionistas, y producir información disponible a través de agencias industriales y gubernamentales. Se deben hacer esfuerzos para reducir la cantidad de materiales usados en empaques y mercancías obsoletas, y empezar procesos de recirculación en la fuente - la casa, la oficina, o la fábrica - de manera que muchos materiales no se conviertan en parte de los desechos a ser dispuestos de una ciudad. Esta es una alternativa que conservará recursos y tendrá también viabilidad económica. Otra alternativa es continuar las prácticas de desperdicio de la sociedad industrial moderna y pagar la sanción pecuniaria. Como se muestra en la Tabla 1.4, la diferencia entre las cifras máximas y mínimas para 1985 podría ser de $1 billón. Podría ser todavía mayor si la conservación llegara a ser una manera de vida de los ciudadanos, el comercio y la industria. Otra alternativa es continuar las prácticas pobres de manejo de desechos sólidos que prevalecen en muchas lugares del país. Esta alternativa implica una severa sanción pecuniaria en el abuso de la tierra y el uso derrochador de los recursos cada vez más escasos de materiales, energía, fuerza de trabajo y dinero. Esto no es aceptable para la sociedad. Su contraparte consiste en el manejo progresista de los desechos sólidos y es el tema de todos los capítulos de este libro. 1.6.
TÓPICOS PARA DISCUSIÓN
1.1.
Discuta los diferentes factores que pueden tomarse en cuenta para las grandes diferencias en la producción de sólidos en municipalidades de varias naciones industrializadas de la tierra.
1.2.
¿Como líder de la comunidad, qué acciones pudiera tomar o cuáles consejos daría para reducir el impacto económico de la producción de desechos en su ciudad?
1.3.
¿El gas y el petróleo se están convirtiendo en bienes caros y escasos, aunque son combustibles limpios que no producen desechos sólidos. Qué otras fuentes de energía podría sugerir para la calefacción de las casas para dos regiones diferentes (tales como Nueva Inglaterra y Texas o Arizona) y todavía minimizar la producción de desechos sólidos?
1.4.
¿Cuál sería el impacto de la variación mensual en la composición de los desechos sólidos, que se muestra en la Figura 1.2, sobre la operación del sistema de manejo de desechos sólidos?
1.5.
Discuta los factores más importantes que han influenciado los cambios que han tenido lugar en la composición de los desechos sólidos desde principios de siglo. ¿Cree usted que los cambios en la composición de los desechos sólidos serán importantes en los próximos 10, 25 o 50 años? Explíquese.
1.6.
¿Cuál es su concepto actual de la recuperación de recursos? ¿Cómo puede afectar los costos de disposición de desechos sólidos?
1.7.
¿Qué se está haciendo en su comunidad para la recirculación de botellas, latas y papel? En su opinión ¿el programa es un éxito? ¿Cómo se puede mejorar y cuál agencia debiera tomar el liderazgo en esta mejora?.
1.8.
¿Cuál es su opinión del plan de Oregón (Todos los recipientes de refrescos y cerveza deben ser reusables)? ¿Piensa que tal plan trabajará en su estado? (Referencia: The Wall Street Journal, Friday, January 9, 1976).
1.7.
REFERENCIAS
1.
Darnay. A. and W. E. Franklin: The Role of Packaging in Solid Waste Management 1966 to 1976, U.S. Department of Health. Education, and Welfare, Public Health Service, Publication SW-5c. Rockville, Md. 1969. Eliassen, R.: Decomposition of Landfills, American Journal of Public Health, vol. 32, no 3,1942.
2.
3.
Hanks, T.G.: Solid Waste/Disease Relationships, U.S. Department of Health, Education and Welfare, Solid Wastes Program, Publication SW-1c, Cincinnati, Ohio, 1967.
4.
Muhich, A.J., A. J. Klee, and P.W. Britton: Preliminary Data Analysis, 1968 National Survey of Community Solid Waste Practices, U.S. Department of Health, Education and Welfare, Public Health Service, Publication 1867, Washington, D.C. 1968.
5.
Resource Recovery and Source Reduction, Second Report to Congress. U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-122, Washington, D.C. 1974.
6.
Surface Mining and Our Environment, A Special Report to the Nation, U.S. Department of the Interior, Washington, D.C. 1967.
2.
LA EVOLUCIÓN EN EL MANEJO DE LOS DESECHOS SÓLIDOS
El manejo de los desechos sólidos se puede definir como una disciplina asociada con el control de la producción, almacenamiento, recolección, transferencia y transporte, procesado y disposición de desechos sólidos en una forma tal que esté de acuerdo con los mejores principios de salud pública, economía, ingeniería, conservación, estética y otras consideraciones ambientales, y que también es sensible a las actitudes del público. Dentro de este contexto, el manejo de los desechos sólidos incluye todas las funciones administrativas, financieras, legales, de planificación e ingeniería involucradas en el espectro de soluciones a problemas de desechos sólidos que afectan a la comunidad por sus habitantes. Las soluciones pueden involucrar relaciones interdisciplinarias complejas tales como campos tan políticos como ciencias políticas, planificación urbana y regional, geografía, economía, salud pública, sociología, demografía, comunicaciones y conservación, lo mismo que ingeniería y ciencia de materiales. El propósito de este capitulo es doble: proveer una introducción general al campo del manejo de los desechos sólidos y servir como base para la comprensión de las interrelaciones entre los principios de ingeniería que se presentan en la Parte II y los aspectos administrativos que se presentan en la Parte III. La información que se presenta en las cuatro secciones cubre: 1) una historia breve de la evolución y desarrollo de esta disciplina, 2) una descripción de los elementos funcionales de los sistemas de manejo de desechos sólidos, 3) una discusión breve del financiamiento y otros aspectos de sistemas de manejo de desechos sólidos que no se analizan en detalle en este libro, y 4) una discusión breve de la planificación del manejo de desechos sólidos. 2.1.
DESARROLLO HISTORICO
“Para describir las características de las diferentes clases de desechos, y dirigir la atención al hecho de que, se pudiera mantener un método uniforme de nomenclatura y registro de las cantidades manejadas por diferentes ciudades, entonces los datos obtenidos y la información así acumulada sería un avance material hacia la disposición sanitaria de los desechos. Tal uniformidad no acarrearía gastos sobre las ciudades, y se podrían hacer comparaciones y conclusiones correctas para el beneficio de otros. (9)". Esta formulación de objetivos en sí misma no parece demasiado insólita, hasta que se reconoce que fue escrita en 1906 por H. de B. Parsons en su libro titulado "La Disposición de Desecho Municipal" (9). Revisando este libro, que pudo ser el primero en tratar únicamente con el tema de los desechos sólidos desde el punto de vista riguroso de la ingeniería, notamos que muchos de los principios básicos y métodos que cubren lo que hoy día se conoce como el campo del manejo de los desechos sólidos, no son nuevos y eran bien conocidos aún entonces. Por ejemplo, aunque el automotor ha reemplazado a la carroza halada por un caballo (vea la Figura 2.1), los métodos básicos de recolección de desechos sólidos continúan siendo los mismos; continúan siendo esencialmente intensivos en mano de obra. El desarrollo de datos uniformes para propósitos de comparación todavía continúan siendo una necesidad importante.
(a) Fig. 2.1 Evolución de los vehículos usados para la recolección de desechos sólidos. (a) Carroza halada por caballo, alrededor de 1900 (9). Primeras Prácticas de Disposición Los métodos más comúnmente reconocidos para la disposición final de desechos sólidos a principios de siglo eran: 1) arrojar sobre el suelo, 2) arrojar en el agua, 3) enterrar con arado en el suelo, 4) alimento para porcinos, 5) reducción, y 6) incineración (9,10). No todos estos métodos eran aplicables a todos los tipos de desechos. Enterrar con arado en el suelo se usaba para desechos de alimentos y barrido de calles. Alimento para porcinos y la reducción se usaron específicamente para desechos de alimentos (9).
(b)
(c) Fig. 2.1. (b) Camión a motor de neumáticos sólidos, alrededor de 1925 (7). (c) Vehículo moderno de recolección equipado con mecanismos de compactación, 1976.
Arrojar Sobre el Suelo. Debido a que era una tarea simple acarrear los desechos sólidos hasta los extramuros de la población y arrojarlos allí, los botaderos a campo abierto se convirtieron en un método común de disposición para comunidades urbanas, y la quema de estos botaderos fue una práctica común (vea la Figura 2.2). Los botaderos a campo abierto también atrajeron moscas y ratas que diseminaron enfermedades. Esta disposición peligrosa se convirtió en un tema de gran preocupación para las autoridades de salud pública a quienes se les dio la responsabilidad para controlar los desechos sólidos. A través de los años, las divisiones de control de vectores del departamento de salud estatal y el USPHS lograron éxitos sobresalientes en el control de enfermedades transmitidas por vectores mediante el desarrollo, la promoción y la imposición de prácticas sanitarias en rellenos, lo mismo que el almacenamiento, la recolección y el transporte de desechos sólidos. Arrojar en el Agua. Aunque este método fue usado por algunas ciudades costaneras, no fue favorecido debido a que las consecuencias de la polución fueron bien reconocidas. La desfiguración de la playa de Coney Island en la ciudad de Nueva York se convirtió en un caso oportuno (9). Sin embargo, la práctica continuó hasta 1933 cuando fue prohibido, finalmente, por la Corte Suprema de los Estados Unidos. Enterrar con Arado en el Suelo. Como ya se mencionó, este método de disposición mediante entierro con arado en el suelo fue usado para desechos de alimentos y barrido de calles. Debido a la necesidad de grandes áreas de terreno y al hecho de que los desechos de alimentos debían ser separados de otros desechos, este método no se usó extensivamente, pero volvió a tener interés en los años 1970. Alimento para Porcinos. Con frecuencia, los desechos de alimentos fueron dados a cerdos en granjas cercanas a áreas urbanas, tales como las del Condado de Los Angeles y en las planicies enlodadas de Nueva Jersey. Los desechos de alimentos de la ciudad de Nueva York fueron dados a cerdos en las granjas malolientes al pasar el río en Secaucus, Nueva Jersey. Desafortunadamente, debido a esta práctica se extendió la triquinosis cuando se dieron pedazos de cerdo contaminado en la recirculación de desechos de alimentos, los que reinfectaron a otros cerdos y a la gente que consumió su carne. Hasta un 16 por ciento de la población de los Estados Unidos fue infectada al comer cerdo, sin cocer, alimentados con desechos de alimentos en el primer tercio de este siglo. No obstante, esta práctica continuó los años 50 y todavía se usa en algunas áreas aisladas de los Estados Unidos, bajo condiciones controladas de cocción y racionamiento. Reducción. La reducción de desechos de alimentos, un método que ya no se usa, era un proceso de extracción de la grasa mediante el cual los desechos se trataban para separar las partes sólida y líquida y recuperar la grasa contenida en una o ambas porciones (10). La parte sólida era conocida como "fertilizante orgánico". Se desarrollaron y usaron varios procesos (9). La grasa recuperada se usó para hacer pomadas y los grados más baratos de perfumería, lo mismo que como grasa para vagones.
Fig. 2.2 Quemado en botaderos a campo abierto. (a) Botadero ubicado en una hondonada; (b) Botadero ubicado en un área plana. (California Department of Public Health, Bureau of Vector Control).
Incineración. Aunque la incineración fue considerada como un método de disposición final a principios de siglo, ahora es considerada como un proceso de reducción de volumen o un proceso de conversión de energía. Debido a que ha habido poco cambio en la aplicación de este proceso, se remite al lector a los Capítulos 8 y 9 para una discusión más detallada. Los Comienzos del Manejo de los Desechos Sólidos Los comienzos del manejo de los desechos sólidos se pueden hallar en la antigüedad y en la práctica de recircular desechos producidos por el hombre. Uno de los primeros intentos de manejo de los desechos sólidos en los Estados Unidos tuvo lugar a principios de siglo cuando la ciudad de Nueva York construyó un dique de madera alrededor de la isla Rikers en el río Este y llenó el área detrás de los pantanos con cenizas, desperdicios y barrido de calles (9). Los desechos fueron transferidos de vagones a lanchones en la ciudad de Nueva York, remolcados a la isla, descargados mediante dragas de almeja a un transportador o a carros sobre rieles, y distribuidos. Ciertamente, fue necesaria alguna clase de plan de manejo para realizar esta gran operación. Nuevamente acá, es evidente que la planificación del manejo de desechos sólidos no es nueva. El manejo esclarecido de desechos sólidos, con énfasis en el descargue controlado (conocido ahora como "relleno sanitario") , se puede encontrar a principios de los años 1940 en los Estados Unidos y una década antes en el Reino Unido (8) . La ciudad de Nueva York, bajo el liderazgo del Alcalde la Guardia y Fresno, California, con su Director de Obras Públicas inclinado a la sanidad, Jean Vincenz, fueron los pioneros en el método del relleno sanitario para gran des ciudades. Durante la Segunda Guerra Mundial, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, bajo la dirección de Jean Vincenz, quien entonces dirigía la División de Reparaciones y Servicios en Washington, modernizó los programas de desechos sólidos para servir como modelo de rellenos sanitarios para comunidades de todos los tamaños. El departamento médico del Ejército, a través del Coronel W. A. Hardenbergh del Cuerpo Sanitario del grupo de ingeniería, tomó una parte activa en el control de vectores y en la prevención de la diseminación de enfermedades a las tropas que ayudaban a auspiciar el programa de relleno sanitario. Las municipalidades no siguieron estos programas con consistencia. El Departamento de Salud Pública de California, junto con varios departamentos estadales de salud progresistas, establecieron normas para rellenos sanitarios y adelantaron campañas agresivas para la eliminación de botaderos convencionales. Todavía en 1965, después de una revisión completa de las prácticas de manejo de desechos en los Estados Unidos, el Congreso concluyó: “... que los métodos ineficaces e inadecuados de disposición de desechos sólidos resultan en paisajes arruinados, crean serios riesgos a la salud pública, incluyendo polución del aire y los recursos hídricos, peligro de accidentes y aumento de enfermedades transmitidas por roedores e insectos, tienen un efecto adverso sobre los valores de la tierra, crean molestias públicas, dicho de otra manera interfieren con la vida y desarrollo de la comunidad; ... que la falla o incapacidad para recuperar y reusar tales materiales económicamente
resulta en desperdicio innecesario y deterioro de los recursos naturales;..." (6). El Congreso también encontró que la continuación en la tendencia a la concentración de población en áreas metropolitanas y urbanas ha presentado a estas comunidades serios problemas financieros y administrativos en la recolección transporte y disposición de desechos sólidos. 2.2.
ELEMENTOS FUNCIONALES
Los problemas asociados con el manejo de desechos sólidos en la sociedad de hoy día son complejos debido a la cantidad y naturaleza diferente de los desechos, el desarrollo irregular de grandes áreas urbanas, las limitaciones de recursos para servicios públicos en muchas ciudades grandes, los impactos de la tecnología, y las limitaciones emergentes de energía y materias primas. Como consecuencia, si el manejo de los desechos sólidos se va a realizar de una manera eficiente y ordenada, se deben identificar y comprender claramente los aspectos y relaciones fundamentales. En este texto, las actividades asociadas con el manejo de desechos sólidos desde el lugar de producción hasta la disposición final han sido agrupadas en seis elementos funcionales identificados en la Figura 2.3 e ilustrados en las fotografías de la Figura 2.4. Considerando cada elemento funcional por separado, es posible, 1) identificar los aspectos y relaciones fundamentase involucrados en cada elemento y 2) desarrollar, donde sea posible, relaciones cuantificables con el propósito de hacer comparaciones, análisis y evaluaciones ingenieriles. Esta separación de elementos funcionales es importante debido a que permite el desarrollo de una estructura para evaluar el impacto de los cambios propuestos y los futuros avances tecnológicos. Como ejemplo, mientras los medios de transporte en la recolección de desechos sólidos han cambiado desde la carroza halada por el caballo hasta el vehículo a motor (vea la Figura 2.1), el método fundamental de recolección, es decir, el manejo a mano necesario, permanece igual (vea el Capitulo 6). Para resolver problemas específicos de desechos sólidos, los distintos elementos funcionales se combinan en lo que generalmente es conocido como un sistema de manejo de desechos sólidos. En la mayoría de las ciudades, un sistema de manejo de desechos sólidos comprende cuatro elementos funcionales: producción de desechos, almacenamiento in situ, recolección y disposición. Además, uno de los objetivos del manejo de desechos sólidos es la optimización de estos sistemas para proporcionar la solución más eficiente y económica, en concordancia con todas las restricciones impuestas por los usuarios del sistema y aquellos que son afectados o controlan su uso.
Fig. 2.3. Diagrama simplificado que muestra las interrelaciones de los elementos funcionales en un sistema de manejo de desechos sólidos. En la siguiente discusión se describen los elementos funcionales individuales. Cada uno se considera en detalle en la parte II. El propósito de la siguiente discusión es introducir al lector en los aspectos físicos del manejo de los desechos sólidos y establecer una estructura útil dentro de la cual se visualicen las actividades asociadas con el manejo de desechos sólidos. Producción de Desechos La producción de desechos comprende aquellas actividades en las cuales se identifican los materiales que ya no son útiles y son desechados o recogidos para su disposición. Por ejemplo, la envoltura de una barra de caramelo se considera de poco valor para el propietario una vez ha consumido el caramelo y con mayor frecuencia es desechada de inmediato, especialmente a campo raso. Lo que es importante en la producción de desechos es que hay una etapa de identificación y que esta etapa varía con cada individuo. Debido a que la producción de desechos es, actualmente, una actividad no muy controlable, frecuentemente no es considerada como un elemento funcional. En el futuro, sin embargo, probablemente se ejercerá un mayor control sobre la producción de desechos. Por ejemplo, desde el punto de vista económico, el mejor lugar para sortear materiales de desecho con propósitos de recuperación es en la fuente de producción. Los propietarios de las viviendas se están volviendo más conscientes de la importancia de separar periódicos y cartón, latas de acero delgado, aluminio y botellas.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f) Fig. 2.4. Representación pictórica de los elementos funcionales en un sistema de manejo de desechos sólidos. (a) Producción; (b) almacenamiento in situ; (c) recolección; (d) transferencia y transporte; (e) procesado y recuperación; (f) disposición.
Almacenamiento In Situ Aunque los desechos sólidos de fuentes urbanas pueden constituir sólo el 5 por ciento de los desechos sólidos de la nación, su manejo exige un gran esfuerzo continuo. La razón es que son desechos heterogéneos visibles que son producidos, en su mayor parte, donde la gente vive y en áreas con espacio limitado para el almacenamiento. Estos desechos no se pueden tolerar largo tiempo en base a premisas personales debido a su degradabilidad, y deben ser trasladados en un tiempo razonable, generalmente menos de 8 días. El costo de proveer almacenamiento para desechos sólidos en la fuente normalmente es aportado por el dueño de la vivienda o apartamento en el caso de individuos, o por la administración de propiedades comerciales o industriales. El almacenamiento in situ es de importancia primordial debido a consideraciones estéticas, de salud pública y económicas involucradas. Frecuentemente, se ven recipientes de aspecto desagradable y lugares de almacenamiento al aire libre, ambos son inaceptables, en áreas residenciales y comerciales. Recolección El elemento funcional de recolección, como se usa en este libro, incluye no solamente la recogida de los desechos sólidos, sino también el acarreo de los desechos después de la recolección hasta el lugar donde es vaciado el vehículo de recolección. Como se muestra en la Figura 2-3, este lugar puede ser una estación de transferencia, o un sitio de disposición (relleno sanitario). En ciudades pequeñas donde los sitios de disposición final están cerca, el acarreo de los desechos no es un problema. En grandes ciudades, sin embargo, donde el acarreo al sitio de disposición frecuentemente es mayor a diez millas, el acarreo puede tener implicaciones económicas serias (7). La solución al problema de acarreo a grandes distancias se complica con el hecho de que los vehículos a motor que son bien adaptados para el acarreo a larga distancia no son adecuados o particularmente económicos para la recolección casa por casa. Por consiguiente, en la mayoría de los casos, se necesitan instalaciones y equipos adicionales de transferencia y transporte. Como se anotó en el Capitulo 1 (Tabla 1-4) , la recolección alcanza a cerca del 80 por ciento del costo anual ($2.64 billones en 1971) del manejo de los desechos sólidos urbanos. Este servicio puede costar al propietario de casa individual $30 por año o más, dependiendo del número de recipientes y frecuencia de la recolección. Típicamente, la recolección es proporcionada bajo varios sistemas administrativos, variando desde los servicios municipales hasta servicios de franquicia prestados bajo diversas formas de contratos. En varios lugares del país, grandes compañías de disposición de desechos sólidos, con contratos en muchas ciudades, poseen y operan vehículos de recolección y sitios de disposición en relleno sanitario. Los servicios de recolección para industrias varían ampliamente. Algunos desechos industriales son manejados como desechos residenciales; algunas compañías tienen sitios de disposición en sus propiedades y usan cintas transportadoras o agua en el transporte. La
última se usa para desechos minerales y agrícolas en muchos casos. Cada industria exige una solución individual a sus problemas de desechos. Transferencia y Transporte El elemento funcional de transferencia y transporte comprende dos etapas: 1) la transferencia de los desechos desde un vehículo de recolección pequeño a un equipo de transporte más grande y 2) el transporte subsiguiente de los desechos, generalmente, sobre grandes distancias, al sitio de disposición. la transferencia generalmente tiene lugar en una estación de transferencia. Aunque el transporte en vehículos de motor es más común, también se usan ferrocarriles o barcazas para transportar desechos. Por ejemplo, en San Francisco los vehículos de recolección que son relativamente pequeños debido a las necesidades de maniobra en las calles de la ciudad, acarrean sus cargas a una estación de transferencia en el límite sur de la ciudad. En la estación de transferencia, los desechos descargados de los vehículos de recolección se vuelven a cargar en grandes camiones tractor- trailer. Los camiones cargados son conducidos a un sitio de disposición a unas 40 millas, en otro condado. Procesado y Recuperación El elemento funcional de procesado y recuperación incluye todas las técnicas, equipo, e instalaciones usadas para mejorar la eficiencia de los otros elementos funcionales y para recuperar materiales utilizables, conversión de productos o energía de desechos sólidos. En la recuperación de materiales, como un ejemplo, las operaciones de separación han sido ideadas para recuperar recursos valiosos de los desechos sólidos mezclados, entregados a las estaciones de transferencia o plantas de procesado de desechos sólidos. Estas operaciones incluyen reducción de tamaño y separación de densidad mediante clasificadores de aire. Una ulterior separación puede incluir dispositivos magnéticos para extraer hierro, separadores de corriente en contraflujo para aluminio, y mallas para vidrio. También pueden ser reusados: la flotación, separación por inercia, y otras operaciones unitarias de la industria metalúrgica. la selección de cualquier proceso de recuperación es una función económica- costo de separación versus valor de los materiales recuperados o productos. Debido a que los precios fluctúan ampliamente, en cualquier análisis económico se deben considerar estimativos de los precios máximos y mínimos. Actualmente, muchas de las operaciones y procesos unitarios para desechos sólidos están experimentando un desarrollo extensivo por parte de los fabricantes de equipo y por la EPA, a través de sus programas de investigación, desarrollo y demostración. Muchos de los métodos más antiguos se han encontrado insatisfactorios desde uno o más puntos de vista- salud pública, económicos, problemas ambientales, lo mismo que el agotamiento de terrenos disponibles y las subsiguientes restricciones colocadas sobre el uso de terrenos por las autoridades de planificación.
Disposición El último elemento funcional en el sistema de manejo de desechos sólidos re presentado en la Figura 2.3 es la disposición. La disposición es el último destino de todos los desechos sólidos, ya sean desechos residenciales recolectados y transportados directamente a un relleno sanitario, desechos semisólidos (lodo) de plantas de tratamiento municipales o industriales, residuo del incinerador, abono, u otras sustancias de diferentes plantas de procesado de desechos sólidos que ya no son útiles a la sociedad. Entonces, la planificación del uso de la tierra se convierte en un determinante primordial en la selección y operación de rellenos sanitarios. En muchas ciudades esto involucra a las comisiones de planificación de la ciudad, condado, u otra autoridad de planificación regional. Se exigen declaraciones de impacto ambiental (vea el Capitulo 3) para todos los nuevos sitios de relleno con el fin de asegurar el cumplimiento de las normas de salud pública, estética, y usos futuros de la tierra. Un relleno sanitario moderno no es un botadero a campo abierto. Es un método de disposición de los desechos sólidos que no crea molestias o riesgos para la salud, tales como criaderos de ratas e insectos y la contaminación del agua subterránea, o la seguridad pública. Se deben seguir los principios de ingeniería para confinar los desechos al área más pequeña posible, reducirlos al mínimo volumen práctico mediante compactación en el sitio, y cubrirlos después de cada día de operación para reducir la exposición a las plagas. Después de que toda el área es llenada, se debe colocar una cubierta de tierra de 60 centímetros mínimo de espesor, y agregar más tierra- si se producen asentamientos diferenciales durante la descomposición de la materia orgánica subyacente. Esta descomposición es anaerobia y en consecuencia tiene una tasa de reacción muy lenta. Uno de los peligros de la biodegradación es la producción de gas metano. Aunque se forma a una velocidad lenta, se puede acumular debajo de edificaciones (5) y en consecuencia se debe ventilar a la atmósfera. En ciudades con rellenos sanitarios grandes se están haciendo intentos para recoger el metano y producir energía. Uno de los conceptos más importantes es planificar el uso final de la tierra reclamada. Muchos campos de golf han sido establecidos sobre rellenos sanitarios. Parques, almacenamientos al aire libre y campos de atletismo ocupan sitio de muchos rellenos sanitarios antiguos. Estos deben ser planificados de manera que no se localicen edificaciones sobre los desechos sólidos en descomposición. la planificación se debe hacer antes del llenado de manera que, las áreas para construcciones sean llenadas únicamente con tierra. Para eliminar el estigma de llenar terrenos bajos con desechos sólidos, la ciudad de Nueva York ha colocado grandes carteles adyacentes a las autopistas y sitios de rellenos. Estos carteles indican que se está llenando el terreno para un futuro campo de golf, bajo la dirección del Departamento de Parques (los planificadores), el Departamento de Saneamiento (disponen los desechos sólidos), y el Departamento de Obras Públicas (suministran el lodo de sus plantas de tratamiento de aguas residuales). Así, tres agencias de la ciudad están "matando tres pájaros con una piedra" y beneficiando al público con una planificación y operación cuidadosas.
2.3.
SISTEMAS DE MANEJO DE DESECHOS SOLIDOS
Los seis elementos funcionales que constituyen los sistemas de manejo de desechos sólidos han sido identificados y discutidos en la sección anterior. Estos elementos, como se anotó anteriormente, son los temas principales de este libro. En esta sección el objetivo es describir brevemente otros aspectos prácticos asociados con sistemas de manejo de desechos sólidos que no se cubren en detalle en este texto. Esto incluye: financiamiento, operaciones, manejo de equipo, personal, informes, contabilidad de costos y presupuestos, administración de contratos, ordenanzas y lineamientos, y comunicaciones públicas .Para información adicional sobre estos temas se recomiendan las Referencias 2 y 3. Normalmente, en la mayoría de las ciudades y condados de los Estados Unidos, la responsabilidad de la operación o supervisión de contratos de sistemas de manejo de desechos sólidos está bajo la jurisdicción del departamento de obras públicas. Otros departamentos a los cuales se les ha dado esta responsabilidad incluyen: ingeniería, saneamiento, calles y saneamiento, servicios públicos y salud. Para comprender las interrelaciones de las preocupaciones cotidianas de estos departamentos será útil considerar primero la estructura organizacional de algunas agencias típicas de manejo de desechos sólidos. Estructura Organizacional La razón principal para desarrollar una estructura organizacional es la de identificar las relaciones y responsabilidades de los individuos responsables de lograr los objetivos establecidos o fines de la organización. Esto es especialmente importante para una agencia de manejo de desechos sólidos donde las tareas a ser ejecutadas son tan variadas. La complejidad de la estructura varia de acuerdo al tamaño de la organización, como se ilustra en los diagramas de organización para el Departamento de Saneamiento de la ciudad de Nueva York y la División de Desechos Sólidos del Condado de Sacramento, California, que se muestran en las Figuras 2.5 y 2.6, respectivamente. Financiamiento Los principales métodos de financiamiento de sistemas de manejo de desechos sólidos incluyen: 1) impuestos generales sobre la propiedad, 2) impuestos especiales sobre la propiedad, 3) cargos por servicio o derechos, 4) el concepto de servicio, 5) cargos por recipiente, 6) tasaciones especiales, y 7) ingresos varios(3). En la Tabla 2.1 se reportan dados sobre los métodos usados para financiar la recolección de desechos sólidos en 396 ciudades de los Estados Unidos. En la Referencia 3 se puede encontrar una discusión de las ventajas y desventajas de estos métodos. Operaciones El número de divisiones de operación depende del tamaño de la agencia que maneja los desechos sólidos. Por ejemplo: en la ciudad de Nueva York, como se muestra en la Figura 2.5 oficinas independientes son responsables del equipo automotor, ingeniería, limpieza y
TABLA 2.1. MÉTODOS USADOS PARA FINANCIAR LA RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS EN 396 CIUDADES DE LOS ESTADOS UNIDOS EN 1973*. Método
Porcentaje de ciudades, población en (000) Total
0-5
5-10
10-25
25-50
50-100
100-250
Impuesto general
54,3
66,7
41,7
50,0
49,1
60,0
56,7
50,0
66,7
80,0
Cargo por servicio
30,8
16,7
50,0
34,4
34,9
28,0
30,0
25,0
13,3
20,0
Impuesto más cargo
12,6
16,7
8,3
14,1
13,2
11,0
13,3
14,3
13,3
0,0
Otros
2,3
0,0
0,0
1,6
2,8
1,0
0,0
10,7
6,7
0,0
*
250-500 500-1000 Sobre 1000
Reimpreso con permiso de American Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3).
Fig. 2.5. Diagrama organizacional para el Departamento de Saneamiento, Nueva York (Reimpreso con permiso del American Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3)).
Fig. 2.6. Diagrama organizacional para la División de Manejo de Desechos Sólidos, Condado de Sacramento, California. (Division of Solid Waste Management, Sacramento County). recolección, disposición de desechos, administración, servicios médicos y administración de edificaciones. Por contraste, en una comunidad pequeña, uno o dos individuos pueden ser responsables de todas las operaciones. Manejo de Equipo El manejo apropiado del equipo comprende algo más que el mantenimiento. También incluye el análisis de la reposición de equipo, desarrollo de especificaciones para el equipo, y en organizaciones grandes, el diseño de características especiales del equipo. En vista del alza desmesurada de los costos del equipo, el manejo de éste se ha convertido en una actividad crítica y especializada en muchas agencias de manejo de desechos sólidos y exige el empleo de personal calificado. Personal La operación exitosa de cualquier agencia de manejo de desechos sólidos dependerá, en gran parte, de la selección, entrenamiento y supervisión de su personal. En la mayoría de las agencias, el manejo de personal está relacionado con: 1) la moral de los empleados y 2) salarios, horas y condiciones de trabajo. En la Referencia 3 se consideran detalles relacionados con el manejo, políticas y prácticas del personal.
Informes, Contabilidad de Costos y Presupuesto Se ha dicho que "probablemente no hay otro campo donde la magnitud del esfuerzo para presentar informes ha sido tan insignificante como en la recolección de desechos sólidos" (3). En general, esta afirmación se aplica a todo el campo del manejo de los desechos sólidos. Sin embargo, con el aumento de los costos, se está haciendo más énfasis en los informes y contabilidad de costos el un esfuerzo para evaluar los costos verdaderos de las distintas actividades. Para ayudar a las agencias locales de manejo de desechos sólidos, la EPA ha desarrollado un sistema de manejo de información llamado COLMIS. Este sistema orientado hacia costos se desarrolló para uso con computadoras y fue diseñado para lograr dos objetivos: 1) proporcionar a los administradores, a todos los niveles, herramientas para facilitar el proceso de toma de decisiones y 2) suministrar la información necesaria para la evaluación detallada de las necesidades para efectos de cambio en procedimientos operacionales (1). El uso de COLMIS y de una variedad de programas de computación que han sido desarrollados no han sido extensivos. En el futuro, sin embargo, se anticipa un uso más amplio de estos programas de computador a medida que se normalicen los procedimientos para reportar datos. Administración de Contratos La recolección de desechos sólidos en los Estados Unidos es real izada por agencias públicas municipales, organizaciones privadas bajo contrato con agencias gubernamentales, organizaciones privadas de recolección y varias combinaciones de éstos. En la Tabla 2.2 se resume la extensión en la cual se usa ahora cada tipo de arreglo. La selección de la recolección municipal, por contrato o privada se debe basar en una comparación válida de costos. Desafortunadamente, debido a los procedimientos deficientes de contabilidad de costos usados en el pasado, rara vez se dispone de la información necesaria en la cual se basen tales comparaciones. En muchas ciudades casi se ha institucionalizado la recolección por contrato.
Ordenanzas y Lineamientos El desarrollo de ordenanzas y lineamientos efectivos para todos los elementos funcionales identificados en la Figura 2.3 hoy día es una responsabilidad importante de cualquier agencia de manejo de desechos sólidos. Aunque las ordenanzas varían de un estado a otro y de un lugar a otro, la mayoría de ellas incluyen provisiones que tratan de los siguientes tópicos: 1) definiciones, 2) responsabilidad de la administración, 3) almacenamiento in situ, 4) recolección, 5) transporte, 6) procesado, 7) disposición, 8) problemas especiales 9) financiamiento, y 10) violaciones y sanciones. En las Referencias 2 y 3 se pueden encontrar ordenanzas representativas, modelos de contratos y lineamientos.
TABLA 2.2. TIPO DE RECOLECCION DE DESECHOS SOLIDOS RESIDENCIALES EN 661 CIUDADES DE NORTE AMÉRICA EN 1973* Método
Municipal Contrato Privado Municipal y privado Municipal y contrato Municipal, contrato y privado Contrato y privado Total *
Población (000) 5-10
10-25
25-50
50-100
100-500
Sobre 500
11 11 2 2 1 1 1 29
51 19 12 14 4 3 8 111
73 41 34 30 7 5 14 204
64 22 25 23 14 9 9 166
43 9 5 32 7 4 7 107
14 1 2 3 5 6 4 35
Sin especificar 1 3 3 2 9
Reimpreso con permiso de American Public Works Association, Institute for Solid Wastes (3).
Total
Porcentaje
257 106 83 104 38 28 45 661
39 16 12 16 6 4 7 100
Comunicaciones Públicas Debido a que los empleados de agencias de manejo de desechos sólidos tienen contacto directo frecuente ton el público, es especialmente importante que ellos estén conscientes de la necesidad de establecer relaciones adecuadas con la gente a quienes ellos sirven. Esto se puede lograr mediante programas apropiados de entrenamiento. Además, es igualmente importante que el público esté enterado de las actividades de la agencia de manejo de desechos sólidos. Los medios, métodos y técnicas para lograr este objetivo son muchos y variados. El enfoque seleccionado dependerá de la naturaleza de la información a ser diseminada. Un ejemplo de panfleto de información efectiva se puede encontrar en el Apéndice B. 2.4. PLANIFICACIÓN DEL MANEJO DE LOS DESECHOS SOLIDOS La planificación del manejo de los desechos sólidos se puede definir como al proceso mediante el cual se desarrollan alternativas y programas factibles para resolver problemas de desechos sólidos. En la mayoría de las actuaciones se deben presentar programas y planes alternativos al público y a los ejecutivos para su consideración, selección y adopción. Actualmente las interrelaciones entre los muchos factores técnicos, económicos, ambientales, sociales y políticos involucrados en estos problemas, no están bien definidos. Debido a que los detalles de la planificación del manejo de los desechos sólidos se incluyen en la Parte III, la siguiente discusión sólo intenta servir como una breve introducción a este tema. Definición de términos Al discutir la planificación en el campo del manejo de los desechos sólidos (al igual que en otros temas), los términos: elemento funcional, sistema (s) programas, alternativas y planes son usados frecuentemente. Además, es importante tener una comprensión clara de estos términos en el sentido en que son usados en este texto. Elemento Funcional. Como se anotó anteriormente en este capitulo, el término elemento funcional se usa para describir varias actividades asociadas con el manejo de desechos sólidos desde el punto de producción hasta la disposición final. En general, un elemento funcional representa una actividad física. Los seis elementos funcionales usados en este libro son: producción de desechos, almacenamiento in situ, recolección, transferencia y transporte, procesado y recuperación y disposición. Sistema. El ensamblaje de uno o más de los elementos funcionales para lograr un objetivo o fin dado se conoce como un sistema de manejo de desechos sólidos. Programa. En el campo de la planificación del manejo de desechos sólidos, el término programa comprende todas las actividades asociadas con el desarrollo de una solución a un problema dentro de un elemento funcional de un sistema de manejo de desechos sólidos. Programas que tratan con problemas específicos relacionados a un elemento funcional pueden o no incluir temas de política y objetivos. Si lo hacen, deben ser presentados a los
ejecutivos apropiados, tales como a los miembros del concejo municipal o a los directores del condado. Alternativas. El término alternativa se usa para describir varias agrupaciones de programas como se presentan en los planes con el propósito de hacer comparaciones. Mediante la comparación de alternativas compuestas de programas individuales, es posible para los ejecutivos evaluar los impactos y la selección de una alternativa dada. Con frecuencia riesgos involucrados en la alternativa seleccionada será integrada por programas tomados de una o más alternativas propuestas. Planes. Los planes de manejo de desechos sólidos se desarrollan para definir y establecer objetivos y políticas. Se pueden desarrollar planes para tratar con problemas a cualquier nivel- ciudad o condado, subregional o regional, estadal, o federal. Normalmente, un planlocal comprenderá uno o más elementos funcionales y uno o más programas de áreas. Por ejemplo, un programa local de recolección puede incluir solamente un programa del área asociada con la fijación de tarifas. Preparación de Planes Integrales A mediados de la década de 1970, los planificadores e ingenieros consultores de muchas partes de los Estados Unidos estaban comprometidos en estudios regionales de manejo de desechos sólidos como parte del mandato de la Ley Pública 92-208, la cual fue concebida para lograr soluciones completas a problemas ambientales regionales. El gobierno federal y los gobiernos estadales hicieron énfasis en la necesidad de la planificación regional del manejo de los desechos sólidos debido a que los gastos de muchas comunidades pequeñas llegaron a ser tan grandes y a la tendencia a la duplicación de instalaciones. Objetivos y Fines de los Planes Integrales. Los objetivos de los planes regionales varían dependiendo del tamaño del área involucrada, la naturaleza de los problemas, y el número de jurisdicciones que se sobreponen. Frecuentemente, como se discute en el Capítulo 3, los objetivos generales o fines son especificados por la legislación. Comúnmente, los objetivos de planes integrales regionales serán formulados en un lenguaje explícito. Por ejemplo, considere la siguiente formulación de objetivos tomada del informe de la preparación de un plan integral para el Condado de los Angeles (4). "Los objetivos principales del plan son preservar y mejorar nuestro ambiente suelo, aire y agua; conservar nuestros recursos; y proporcionar protección a la salud, seguridad y bienestar públicos. Para lograr estos objetivos, el plan intenta traer mejoras, donde sean necesarias, en el manejo de desechos sólidos, con la mínima interferencia posible de los métodos comprobados de operación". En la mayoría de los casos los fines de la planificación integral variarán con las condiciones locales o regionales. Debido a que las soluciones de hoy día rara vez satisfarán las necesidades de mañana, el f in más importante debiera ser el desarrollo de planes en los cuales se suponga un futuro desconocido y se provea un medio donde se puedan adaptar las aspiraciones y capacidades cambiantes de la sociedad.
Problemas de Administración Regional. La mayoría de los problemas de administración en desechos sólidos no conocen límites políticos. Muchas de nuestras ciudades más grandes están agotando los terrenos para la disposición de desechos en bruto o procesados. Por ejemplo, San Francisco agotó los terrenos para rellenos hace muchos años y usó terrenos en el Condado de San Mateo, a unas 10 millas al sur de la ciudad, para relleno y disposición de desechos sólidos. Cuando esos terrenos se llenaron, como se mencionó antes, la ciudad tuvo que recurrir a contratar con un segundo condado al sur, en el sitio Mountain View, Condado de Santa Clara, unas 40 millas al sur de San Francisco. La ciudad también ha tenido que negociar con el ferrocarril (Western Pacific Railroad) para acarrear los desechos sólidos a los desiertos a unas 350 millas al Este donde serían usados el corte de suelo y recubriendo en el relleno. El Distrito de Columbia ha considerado el acarreo de desechos por ferrocarril a Virginia. la ciudad de Filadelfia ha estudiado el llenado explotaciones mineras a campo abierto en el noreste de Pensilvania. Otras naciones industrializadas tienen problemas semejantes. Barreras impenetrables como el Muro de Berlín son abiertas a vehículos que transportan desechos sólidos de Berlín Occidental a Berlín Oriental para llenar una cantera abandonada en territorio de Alemania Oriental y producir un ingreso para ese gobierno. Sin embargo, una cerca bordea la carretera que conduce a la cantera desde el Muro de Berlín, lo mismo que alrededor de la cantera. Tales son las ramificaciones políticas que enfrentan los grupos de manejo de desechos sólidos llamados a desarrollar planes integrales. Sobreposición de responsabilidades y Jurisdicciones El número de agencias con responsabilidades y jurisdicciones sobrepuestas que se deben considerar en el desarrollo de un plan integral de desarrollo hace de la tarea una empresa asombrosa. Para citar un ejemplo, considere el Condado de los Angeles, que es el condado más populoso y complejo de los Estados Unidos. Este condado tiene 78 ciudades incorporadas con una población total de unos seis millones y otro millón que vive en área no incorporadas. Par citar al Ingeniero del Condado, Harvey T. Brandt (4): "Debido a la complejidad multijurisdiccional y fragmentación de la autoridad existentes en el manejo de desechos sólidos, se puede ver de inmediato que la preparación de un plan integral para todo el condado enfrenta muchos problemas. Una consideración importante es la preservación de la regla de la vivienda al máximo grado posible. Actualmente, cada ciudad independiente rige los servicios de recolección de desechos sólidos dentro de sus lotes, proveyendo en algunos casos la recolección con sus propios medios mientras que en otros se dan licencias, contratos o franquicias para la recolección a empresas privadas. En forma semejante, en territorios no incorporados, algunas áreas han formado distritos para la disposición de basura, controlados por el Condado donde la recolección es realizada por contratistas. Otras áreas son servidas por acarreadores con licencia sobre una base libre. Igualmente, unas pocas ciudades operan sus propios sitios de disposición,
mientras que otros rellenos son operados por los Distritos de Saneamiento del Condado o por empresas privadas". 2.5. TEMAS DE DISCUSION 1.
De registros históricos, haga un breve desarrollo cronológico de los métodos de disposición usados en su comunidad durante los últimos 50 años. Donde sea posible identifique los eventos más importantes que condujeron al abandono de un método en favor de otro.
2.
Obtenga un diagrama de la organización de la agencia responsable del manejo de los desechos sólidos en su comunidad. ¿Cómo se compara con aquellos que se muestran en las Figuras 2.5 y 2.6. ¿Parece adecuada?.
3.
Contacte su agencia local de manejo de desechos sólidos y determine los programas para entrenar nuevos empleados. Desde su punto de vista como residente de la comunidad, ¿los programas de entrenamiento son adecuados para cubrir la mayoría de las situaciones que se van a encontrar en la rutina? Si no es así. ¿Cuáles otros temas o tópicos debieran ser incluidos en el programa de entrenamiento?
4.
Explique porqué los costos de recolección alcanzan al 60 u 80 por ciento de los costos totales de manejo de desechos sólidos.
5.
En su opinión ¿qué efecto tiene la propiedad y operación de sitios de disposición y rellenos por contratistas privados (comparado con agencias públicas) sobre la economía, eficiencia y aspectos ambientales de la operación?.
6.
¿Por qué las prácticas de manejo de desechos sólidos se han desarrollado tan lentamente? ¿Cuáles cambios puede usted ver que se sucederán en el futuro?.
7.
Identifique y discuta brevemente los aspectos que usted crea importantes en el manejo de desechos sólidos al finalizar la década de los años 1970 y principios de los años 1980.
8.
Discuta las posibilidades y ventajas de un plan de manejo regional para las ciudades y poblaciones de su área, o de un área metropolitana. cerca de su casa o escuela.
2.6. REFERENCIAS 1.
A Collection Management Information System for Solid Waste Management (COLMIS). U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-57c, Washington, D.C. 1974.
2.
American Public Works Association. "Municipal Refuse Disposal," ed ed., Public Administration Service, Chicago, 1970.
3.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: "Solid Waste Collection Practice," 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
4.
Brandt, H.T.: Preparation of a Comprehensive Solid Waste Management Plan, Public Works, vol. 106, no. 5, 1975.
5.
Eliasen, R.: Housing Construction on Refuse Landfills, Engineering News-Record, vol. 138, no. 18. 1947.
6.
Eliassen, R.: Solid Waste Management: A Comprehensive Assessment of Solid Waste Problems, Practices, and Needs, Office of Science and Technology, Executive Office of the President, Washington, D.C. 1969.
7.
Hardenbergh, W.A.. "Municipal Sanitation," International Textbook, Seranton Pa., 1928.
8.
Jones, B.B. and F. Owen: "Some Notes on the Scientific Aspects of Controlled Tipping," Henry Blacklock and Co., ltd., Printers, Manchester, England, 1934.
9.
Parsons, H. de B.: "The Disposal of Municipal Refuse," 1st ed., Wiley New York, 1906.
10.
Report of a Study of the Collection and Disposal of City Wastes in Ohio, "Supplement to the Twenty- Fifth Annual Report of State Board of Health of the State of Ohio, Heer Printing, Columbus, Ohio, 1911.
3.
LEGISLACION Y AGENCIAS GUBERNAMENTALES
Debido a que gran parte de la actividad cotidiana en el campo de manejo de desechos sólidos, especialmente con respecto a la recuperación de recursos, es una consecuencia directa de la legislación reciente, el propósito de este capítulo es 1) revisar la legislación principal que ha afectado la totalidad del campo del manejo de desechos sólidos y 2) examinar el papel de varias agencias gubernamentales responsables de administrar la legislación aplicable. Esta información provee alguna perspectiva del ambiente político en el cual se dirige la planificación del manejo de desechos sólidos e introduce al lector en algunas de las exigencias más importantes asociadas con la preparación de informes de planificación y a varias agencias gubernamentales que puedan tener un impacto sobre cualquier plan relacionado al manejo de desechos sólidos. No se intenta identificar o discutir agencias gubernamentales a nivel estadal debido a que son tan variadas y todavía están sometidas a considerable reorganización. 3.1. LEGISLACION La legislación gubernamental se ha vuelto cada vez más restrictiva a medida que las agencias de salud pública, los conservacionistas, y los ciudadanos interesados han presionado al Congreso y a las legislaturas estadales para tomar acciones. Las agencias federales han tomado el liderazgo. Como se mencionó en el Capitulo 1, en 1899 la Ley de Ríos y Puertos ordenó al U.S. Army Corps of Engineers (Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos) controlar el botadero de escombros en aguas navegables y terrenos adyacentes. Muchas reglamentaciones del USPHS (Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos) fueron puestas en vigencia para permitir al gobierno federal reglamentar el transporte interestadal de desechos sólidos, particularmente desechos de alimentos para alimentar cerdos, en un intento para controlar la triquinosis. Ley de Disposición de Desechos Sólidos, 1965 La legislación moderna sobre desechos sólidos data de 1965 cuando el Congreso aprobó la Ley de Disposición de Desechos Sólidos, Titulo II de la Ley Pública 89-272. La intención de esta ley era: l.
Promover la demostración, construcción y aplicación de sistemas de manejo de desechos sólidos y recuperación de recursos que preserven y mejoren la calidad de los recursos aire, agua y suelo.
2.
Proveer asistencia técnica y financiera a los estados y gobiernos locales y a agencias interestadales en la planificación y desarrollo de programas de recuperación de recursos y disposición de desechos sólidos.
3.
Promover un programa nacional de investigación y desarrollo para técnicas mejoradas, esquemas organizacionales más efectivos, y métodos nuevos y mejorados de recolección, separación, recuperación y recirculación de desechos sólidos, y la disposición ambientalmente segura de los residuos no recuperables.
4.
Encargarse de la promulgación de lineamientos para la recolección, transporte, separación, recuperación, sistemas de disposición de desechos sólidos.
5.
Proporcionar subvenciones. para entrenamiento en ocupaciones que se dediquen al diseño, operación y financiamiento de sistemas de disposición de desechos sólidos.
La imposición de esta ley se convirtió en responsabilidad del USPHS, una agencia del Departamento de Salud, Educación y Bienestar y la Oficina de Minas, una agencia del Departamento del Interior. El USPHS tenía la responsabilidad de la mayoría de los desechos municipales producidos en los Estados Unidos. La Oficina de Minas estaba a cargo de la supervisión de los desechos sólidos de actividades mineras y desechos sólidos de combustibles fósiles de plantas de energía y plantas industriales de vapor. El Presidente Johnson y su Comité Científico Presidencial no estaba satisfechos de que la legislación sola no lograría el fin de ordenamiento de los desechos urbanos, comerciales, industriales, agrícolas y minerales, especificados en la ley de 1965, por consiguiente en 1968, el Presidente ordenó que se hiciera un estudio especial del problema nacional del manejo de desechos sólidos por funcionarios de la Casa Blanca con asistencia de representantes del USPHS, el Departamento de Agricultura, el Departamento de Defensa, y el Departamento del Interior. El informe que resultó fue sometido a consideración del Congreso por la Oficina Ejecutiva del Presidente con la exigencia que fue satisfecha para proveer personal, fondos y acción adecuadas por las agencias federales responsables y el Congreso. Ley de Recuperación de Recursos, 1970 La ley de Disposición de Desechos Sólidos en 1965 fue enmendada por la Ley Pública 95512, la Ley de Recuperación de Recursos de 1970. Esta ley ordena que el énfasis del programa de manejo de desechos sólidos debe desviarse de la disposición como objetivo primario a la recirculación y el reuso de materiales recuperables de los desechos sólidos, o a la conversión de desechos a energía. Se ordenó al USPHS, a través de la Oficina Nacional de Manejo de Desechos Sólidos, preparar un informe sobre la "Recuperación y Utilización de Desechos Sólidos Municipales" (2), el cual fue concluido en 1971. Por esa época la EPA (Agencia de Protección Ambiental) habla sido constituida por orden presidencial bajo el Plan Reorganizacional No. 3 de 1970, y todas las actividades de manejo de desechos Sólidos fueron transferidas del USPHS a la EPA. Desde entonces han sido publicados muchos otros informes sobre varias fases del manejo de desechos sólidos, incluyendo los informes anuales al Congreso sobre recuperación de recursos (7, 8, 9) y el informe básico de referencia, “Decisión-Makers Guide in Solid Waste Management”(1) Otra característica de la ley de 1970 fue el mandato del Congreso al Secretario de Salud, Educación y Bienestar para preparar un informe sobre el tratamiento y disposición de desechos peligrosos, incluyendo desechos radioactivos, químicos tóxicos, biológicos, y otros de importancia para la salud pública y el bienestar social. Anteriormente, la Ley de Energía Atómica de 1954 había autorizado a la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos para manejar todos los desechos radioactivos producidos por la Comisión y la industria de energía nuclear.
El informe al Congreso en respuesta a la ley de 1970 fue preparado por la Oficina de Programas de Manejo de Desechos Sólidos de la EPA y fue sometido el 30 de Junio de 1973. Este informe, titulado "Disposal of Hazardous Wastes"(6) es un tratado completo de todos los aspectos de la disposición de desechos peligrosos y debe ser consultado por todas las industrias y agencias activas en este campo. Varios estados la han usado como base para sus reglamentos. Por ejemplo, el Departamento de Salud de California publicó en febrero de 1975 un documento completo titulado "Hazardous Waste Management - laws, Regulations, and Guidelines for the Hanling of Hazardous Wastes" (4). Ley de Política Ambiental Nacional, 1969. La Ley de Política Ambiental Nacional (NEPA) de 1969 es una ley que abarca todo. Ella afecta a todos los proyectos que tienen alguna financiación federal o que están sometidos a reglamentaciones de agencias federales. Aunque la ley tiene algunas deficiencias y ha ocasionado retrasos en la terminación de algunos proyectos ha servido a un propósito útil de dar al público una oportunidad para participar en el proceso de la toma de decisiones. La ley especificó la creación de un Consejo de Calidad Ambiental en la Oficina del Presidente. Este grupo tiene la autoridad de obligar a cada agencia federal a someter al consejo una Declaración de Impacto Ambiental sobre cada actividad o proyecto que pueda patrocinar o sobre el cual tenga jurisdicción. El proyecto no puede avanzar hasta tanto la Declaración de Impacto Ambiental no haya sido aprobada por el consejo. Por ejemplo, si se proyecta un relleno sanitario sobre un pantano adyacente a un estuario (tal como la Bahía de San Francisco o el estuario de Río Delaware), la EPA, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército, el Servicio de Pesca y Vida Silvestre, y otras agencias afectadas tendrán que participar en la revisión y aprobación del informe de Impacto Ambiental, que debe ser preparado por la agencia que proyecta el relleno en este sitio. La agencia directora sobre cualquier proyecto particular (en este caso, probablemente la EPA) será responsable de preparar una Declaración de Impacto Ambiental del Informe de Impacto Ambiental de la municipalidad. A su vez, la Declaración de Impacto Ambiental es enviada al Consejo de Calidad Ambiental. La preparación de informes de impacto ambiental se ha convertido prácticamente en una nueva profesión interdisciplinaria. Se debe tomar en cuenta cada efecto concebible sobre el ambiente debido a que la Declaración de Impacto Ambiental se convierte en un documento legal que puede llegar a ser defendido en la corte. Los ingenieros consultores y planificadores tienen mucho personal diversificado para servir a agencias municipales, condados, regionales y estadales que deben preparar informes de impacto ambiental para instalaciones de manejo de desechos sólidos. Se han creado muchas firmas consultoras ambientales para servir a las agencias de planificación con expertos en campos tales como ecología, ordenamiento territorial, biología acuática y terrestre, ciencia del suelo, economía y sociología, para mencionar sólo unas pocas especialidades necesarias para estos informes. Es importante que cada nuevo proyecto de manejo de desechos sólidos tenga un informe de impacto ambiental bien concebido, competitivamente preparado y totalmente justificado para informar al público, invitarlo a participar, y buscar su apoyo. Esto asegurará que el proyecto sea aprobado bajo los términos de la ley de Política Ambiental Nacional y de cualesquiera leyes estadales y regionales.
Leyes varias y Ordenes Ejecutivas Muchas otras leyes son aplicables al control ambiental de problemas de manejo de desechos sólidos. Estas incluyen la ley de Polución y Disminución de Ruido de 1970, una ley federal que limita el ruido ambiental entre los trabajadores empleados en todas las industrias, incluyendo muchas instalaciones de sistemas de desechos sólidos, lo mismo que al público, debido a que pueden estar involucradas muchas operaciones ruidosas desde la recolección hasta la disposición. La Ley de Aire Puro de 1970 (Ley Pública 91-604) es muy importante donde están involucrados el polvo, humo, y gases descargados de operaciones de desechos sólidos. Muchos incineradores viejos han sido cerrados debido a que las emisiones de la chimenea excedían los limites recientemente establecidos. Han sido cerradas plantas de fermentación controlada (compost) debido a olores emitidos fuera del control de los operadores. El control de la polución del aire se discute en capítulos siguientes. Muchas órdenes ejecutivas del presidente también controlan las actividades del Consejo de Calidad Ambiental y de la administración de la Ley de Política Ambiental Nacional. También, muchos estados han adoptado sus propias leyes y convenios restrictivos y han establecido nuevas agencias para el control del manejo de los desechos sólidos. De este modo, en la planificación y diseño de estas instalaciones, los ingenieros consultores y/o los funcionarios de planificación de agencias de manejo de desechos sólidos deben buscar consejo legal de abogados calificados en las especialidades y excentricidades, de la ley ambiental. Este campo está en un continuo estado de flujo. En forma semejante, en el financiamiento de nuevos sistemas de manejo de desechos sólidos, se debe tomar en cuenta el consejo de los consultores financieros. Muchos tipos de donaciones gubernamentales, de agencias gubernamentales federales y estadales, pudieran aplicarse a cualquier proyecto particular. Estas concesiones y ayudas financieras también están sujetas a cambio y son cuidadosamente seguidos por los consultores financieros. 3.2.
AGENCIAS GUBERNAMENTALES
Como se indicó anteriormente, las diferentes leyes, reglamentos y ordenes ejecutivas han creado una responsabilidad dividida entre muchos departamentos federales y agencias para la reglamentación y financiamiento del manejo de desechos sólidos. En la siguiente discusión se describen algunas de las agencias más importantes y su impacto. Agencia para Protección Ambiental (Environmental Protection Agency, EPA) La EPA fue creada por orden presidencial en 1970 para llegar a ser la agencia central o líder para el control de la polución del aire, agua, y suelo de la nación. Se hizo cargo de las responsabilidades del USPHS para el control de la polución del aire, la calidad de agua para suministro, y el manejo de desechos sólidos. Se suprimió el antiguo Federal Water Pollution Control Administration e incorporó en la EPA. El diagrama de la organización es muy complejo, como en la mayoría de agencias gubernamentales y organizaciones grandes. Ciertas oficinas de funcionarios, incluyendo la
Oficina de Programas de Manejo de Desechos sólidos, la Oficina de Programas de Aire, la Oficina de Programas de Agua, la Oficina de Control de Ruido, y la Oficina de Manejo de Recursos son de interés particular para el manejo de desechos sólidos. Estas oficinas han publicado muchos documentos, incluyendo lineamientos para muchas fases del manejo de desechos sólidos. Un elemento importante de la EPA es la organización de 10 oficinas regionales en todo el país. Cada oficina tiene un representante de la Oficina de Programas de Manejo de Desechos Sólidos quien puede ser muy útil en el suministro de la información más reciente sobre tecnología, leyes, proyectos de financiamiento, y cooperación con agencias estatales. Estas oficinas regionales están localizadas en Boston, Nueva York, Filadelfia, Atlanta, Chicago, Dallas, Kansas City, Denver, San Francisco y Seattle. Administración de Investigación y Desarrollo Energético (Energy Research and Development Administration, ERDA) La Administración de Investigación y Desarrollo Energético, ERDA, fue creada por una ley del Congreso y una orden ejecutiva del Presidente y fue activada el 19 de enero de 1975. Se hizo cargo de la mayoría de las actividades de la Comisión de Energía Atómica, que fue suprimida cuando se creó la ERDA. Como dijo el Presidente Ford en su comienzo. "Lo que se prevé es más que una organización de investigación y desarrollo completo de la energía. Será una organización en la cual se llenen los vacíos de nuestros actuales esfuerzos de investigación y provea un programa nacional balanceado de investigación. Dará el énfasis apropiado a cada fuente de energía de acuerdo a su potencial y a su celeridad para uso práctico". La investigación principal e instalaciones de desarrollo incluyen los laboratorios nacionales anteriormente operados por la Comisión de Energía Atómica, lo mismo que los centros de investigación de energía previamente bajo la responsabilidad de la Oficina de Minas del Departamento del Interior. De la Fundación Nacional para la Ciencia, la ERDA se responsabilizó de los programas de desarrollo de energía solar y geotérmica. Los programas de investigación en energía automotor fueron transferidos de la EPA a la ERDA. Además de tener su propio laboratorio sobre potencia, la ERDA ejecuta programas mediante concesiones y contratos con universidades, grupos de investigación industrial, y otras agencias gubernamentales, tales como la EPA. Nuevamente, hay una estructura organizacional complicada, con varias actividades asociadas con los desechos sólidos. La responsabilidad del manejo de desechos sólidos cae bajo el administrador asistente del ambiente y seguridad, una de las secciones más importantes de las cuales depende la disposición final de los desechos sólidos que contiene billones de curies de radioactividad de vida media larga. Estos desechos se originan en el procesado de combustible nuclear usado para recuperar uranio no usado y plutonio recientemente generado. El producto final es un desecho sólido altamente tóxico y debe ser almacenado durante miles de años antes de que pierda su radioactividad, aunque nunca la perderá completamente nunca es un término que se usa para indicar un millón de años.
Sin embargo, la masa y el volumen de los desechos sólidos producidos será relativamente pequeño comparado con los desechos urbanos e industriales. Se ha estimado que el volumen de los desechos sólidos concentrados producidos de todos los reactores nucleares durante los próximos 25 años será menor que 500.000 pies cúbicos, o el equivalente de un edificio de 200 pies cuadrados por 12.5 pies de alto. Por supuesto, los desechos sólidos serán sellados en recipientes de acero inoxidable, quizá de 10 pies de largo por un pie de diámetro. El almacenamiento no será dentro de un edificio sino en una estructura de concreto subterránea que pueda ser inspeccionada y vigilada durante 1.000 años (mucho más tiempo que el de cualquier sistema de gobierno en existencia) .La ERDA también está investigando la posibilidad de almacenamiento en cavernas profundas excavadas en granito o en domos salinos profundos que sean impermeables al agua (5.10). La ERDA también tiene un personal numeroso dependiendo del administrador asistente para conservación. Entre otras responsabilidades, la dependencia de Demostraciones de Conservación en Gran Escala está interesada en la conversión de los desechos sólidos en energía; la EPA también está involucrada en esta actividad. Se ha estimado que se podría generar entre el 10 y 14 por ciento de la energía eléctrica de una ciudad quemando sus propios desechos. Otros estimativos indican que s i todos los desechos sólidos de la s 11 ciudades más grandes de los Estados Unidos se sometieran a procesado bioquímico para producir metano, resultarían alrededor de 700 billones de pies cúbicos por año, o alrededor del 3 por ciento de las necesidades nacionales. El asistente del administrador de la ERDA para energía fósil tiene la responsabilidad del desarrollo de las nuevas tecnologías de licuefacción y gasificación del carbón, las cuales producirán grandes cantidades de desechos sólidos en forma de ceniza. El desarrollo de la extracción de petróleo de esquistos también conducirá a cantidades casi increíbles de desechos sólidos. Hay más petróleo atrapado en los esquistos subyacentes de Colorado que en todos los campos petroleros del Medio Oriente. La tentación de extraer este petróleo de rocas profundas es grande, particularmente para liberar al país de su dependencia del petróleo del Medio Oriente. Pero las cargas pecuniarias también son muy grandes cuando se comprende que los buenos esquistos sólo producen 25 gal/ ton de roca. Entonces, una planta de recuperación capaz de producir 200.000 barriles diarios de petróleo- el tamaño de una refinería grande- también produciría 336.000 ton/ día de desechos sólidos. Estos desechos serían de naturaleza pulverulenta y casi imposibles de disponer sin ocasionar daño al ambiente; esto se convierte en un problema tremendo de investigación para la ERDA y el país. Cuerpo de Ingenieros del Ejercito de los Estados Unidos (U.S. Air Corps. of Engineers). La responsabilidad del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unido en el manejo de desechos sólidos se mencionó anteriormente. A medida que las ciudades situadas cerca de las aguas navegables agotan los terrenos disponibles para la disposición final de los desechos sólidos, pueden tratar de invadir estuarios o áreas inundables de ríos, pero tendrán que enfrentarse a las críticas rigurosas de sus informes de impacto ambiental por el gobierno y los grupos conservacionistas. La ley de Manejo de la Zona Costera de 1972 declaró una política nacional para preservar y proteger los recursos de la nación de la
zona costera. Esta ley reconoce la disposición de desechos como a "una demanda competitiva" sobre los terrenos costaneros que ha ocasionado pérdidas ambientales serias. Departamento de Trabajo (Department of Labor) La Ley de Seguridad y Salud Ocupacional de 1970 ordenó al Secretario de Trabajo establecer normas obligatorias para proteger la salud ocupacional y la seguridad de todos los empleadores y empleados de negocios comprometidos en comercio interestadal. Esto es particularmente aplicable a plantas de recuperación de recursos que estarán involucrados en embarques de materiales a través de límites estadales. Muchos estados han adoptado normas estrictas por su propia cuenta, siguiendo al liderazgo de la Ley de Seguridad y Salud ocupacional. Así, la salud ocupacional se convierte en un problema importante en el diseño de instalaciones de manejo de desechos sólidos, que en el pasado estuvo sujeto a una tasa elevada de accidentes. Departamento de Transporte (Department of Transportation) Se han establecido normas rigurosas sobre el transporte de desechos peligrosos. Los recipientes deben estar marcados, y los desechos se deben colocar en recipientes especialmente diseñados y aprobados. El Resguardo Marítimo controla los embarques marítimos de desechos sólidos de naturaleza peligrosa. Comisión de Comercio Interestadal (Interstate Commerce Commission) Las tarifas de transporte son controladas por la Comisión de Comercio Interestadal. Existen muchas diferencias en las tarifas para el embarque de materia prima, tales como madera para pulpa y pulpa de papel, en contraposición a tarifas más altas para materiales recuperados. La industria de transformación de materiales secundarios ha estado luchando para obtener una estructura favorable de tarifas de manera que la recuperación de recursos y la recirculación puedan tener importancia económica. Departamento de Salud, Educación y Bienestar (Department of Health, Education and Welfare). Los efectos de las instalaciones de disposición de desechos sólidos sobre la saludparticularmente los sitios de disposición en el suelo donde es necesario el control de vectores para la prevención de la transmisión de enfermedades- caen bajo la competencia del Departamento de Salud, Educación y Bienestar. Se mantiene una cooperación completa con el departamento de salud a través de las oficinas regionales. 3.3.
TEMAS DE DISCUSION
1.
En vista de la multiplicidad de agencias federales que tienen "una parte en la acción" en el manejo de desechos sólidos, ¿estaría usted en favor de un estudio, a ser realizado por las diferentes comisiones del Congreso que tienen jurisdicción sobre estas agencias, para evaluar medios para consolidar actividades y responsabilidades de una agencia única? ¿porqué? En caso contrario, ¿por qué no?
2.
Conociendo que los proyectos de ley del Congreso son escritos por empleados profesionales del Senado y comités del Congreso, suponga que usted es un miembro del personal del comité del Senado sobre trabajos públicos. ¿Cuáles serían las principales características de una nueva ley que usted escribirá para que los senadores sometieran a consideración del Congreso para consolidar las responsabilidades dentro de agencias específicas para un programa racional de manejo de los desechos sólidos?
3.
Si usted fuera a escoger una carrera (posición) en el manejo de desechos sólidos en una agencia gubernamental ¿Cuál nivel de gobierno- ciudad, condado, regional, estado o federal- seleccionaría para contribuir con su experiencia y responsabilidad para tomar acciones constructivas? ¿por qué?
4.
Discuta su opinión del valor del informe sobre impacto ambiental para cada decisión importante de una agencia de manejo de desechos sólidos- ciudad, condado o regional que afecte sus planes para transporte, procesado, o disposición de desechos sólidos. Según sus estimativos, ¿Se justifica el costo?
5.
Identifique las principales leyes estadales y locales y las agencias importantes en el manejo de desechos sólidos en su área.
6.
Cuál agencia de su gobierno estadal tiene jurisdicción sobre la promulgación de códigos y lineamientos para el manejo de desechos sólidos? Esta agencia tiene un personal adecuado para dar asistencia a las municipalidades y hacer cumplir las normas? ¿Cuál es su opinión sobre la literatura que ellos distribuyen a las ciudades?
7.
¿Dónde está la oficina regional de la EPA en su área? ¿Qué está haciendo para dar asistencia a su gobierno estadal en un intento para mejorar el manejo de desechos sólidos en las ciudades de su estado?
8.
¿La biblioteca de su departamento ha recibido un número y variedad adecuada de publicaciones de la EPA sobre desechos sólidos En caso contrario, se puede organizar un grupo para obtener estas publicaciones de la oficina regional de la EPA? ¿Cuál es su opinión de estas publicaciones?
3.4.
REFERENCIAS
1.
Colonna, R.A. and C. Mclaren: Decision-Makers Guide in Solid Waste Management, US Environmental Protection Agency, Publication SW-127, Washington. D.C. 1974.
2.
Drobny, N.L., H.E. Hull and R.F. Testin: Recovery and Utilization of Municipal Solid Waste, U.S. Environmental Protection Agency. Publication SW-10c. Washington. D.C., 1971.
3.
Eliassen, R.: Solid Waste Management: A comprehensive Assessment of Solid Waste Problems, Practices, and Needs, Office of Science and Technology. Executive Office of the President; Washington, D.C., 1969.
4.
Hazardous Waste Management: Laws, Regulations, and Guidelines for the Handling of Hazardous Wastes, California Department of Public Health, Sacramento, 1975.
5.
Pittman, F.K.: Management of Radioactive Wastes. Water. Air and Soil Pollution, vol. 4, No. 3, 1975.
6.
Report to Congress: Disposal of Hazardous Wastes. U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-115, Washington, D.C. 1974.
7.
Resource Recovery and Source Reduction, First Report to Congress, U. S. Environmental Protection, Agency, Publication SW-118, Washington D.C. 1973.
8.
Resource Recovery and Source Reduction, Second Report to Congress, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-122, Washington. D.C. 1974.
9.
Resource Recovery and Source Reduction. Third Report to Congress, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-161. Washington, D.C. 1975.
10.
Schneider, K.J.: High Level Wastes, in L.A. Sagen (ed), "Human and Ecological Effects of Nuclear Power Plants." Charles C. Thomas. Springfield. 111. 1974.
4.
PRINCIPIOS DE INGENIERIA
En la primera parte se discutieron las perspectivas del campo del manejo de los desechos sólidos. El propósito de la segunda parte es presentar, discutir e ilustrar los principios ingenieriles del manejo de los desechos sólidos. Los capítulos de la segunda parte se han organizado en una secuencia lógica que principia con la producción de desechos y continúa con almacenamiento in situ, recolección, transferencia y transporte, procesado y recuperación, y disposición final. El último capítulo se ha reservado al importante tema de los desechos peligrosos. Aunque se conoce mucho sobre los aspectos ingenieriles del manejo de desechos sólidos, el campo es muy dinámica y hay mucho por aprender, especialmente en áreas en desarrollo tales como la recuperación de materiales y energía. En otras áreas también se están desarrollando constantemente nuevas tecnologías y equipos. Al dedicar un capitulo a cada uno de los elementos funcionales que componen los sistemas de manejo de desechos sólidos, es posible identificar los aspectos fundamentales de cada uno y delinear las interrelaciones involucradas, en la extensión en que se conocen. El dominio de los principios de Ingeniería presentados en la segunda par te es fundamental para comprender y evaluar las operaciones y sistemas existentes, para evaluar los impactos de tecnologías nuevas y propuestas, y para la selección y análisis adecuado de alternativas en el desarrollo de sistemas nuevos. En la Tercera parte se considera la capacidad para medir el impacto de cursos alternos de acción, que es vital en el manejo de estos sistemas y en el proceso de toma de decisiones. PRODUCCION DE DESECHOS SOLIDOS Los desechos sólidos, como se anotó antes, incluyen todos los materiales sólidos y semisólidos que el poseedor considera no tienen suficiente valor para retenerlos. Colectivamente, forman la preocupación fundamental en todas las actividades del manejo de desechos sólidos ya sea que el nivel de planeamiento sea local subregional , o del estado y federal. Por esta razón, es importante conocer tanto como sea posible sobre estos materiales. El propósito de este capitulo es triple: identificar las fuentes y tipos de desechos sólidos, examinar su composición física y química y discutir las tasas de generación de desechos sólidos y la influencia de los factores involucrados. La información presentada en este capítulo también tendrá aplicación en el resto del texto. 4.1.
FUENTES Y TIPOS DE DESECHOS SOLIDOS
El conocimiento de las fuentes y tipos de desechos sólidos, junto con da tos sobre la composición y las tasas de generación, es básico para el diseño y operación de los elementos funcionales asociados con su manejo.
Fuentes de Desechos Sólidos Las fuentes de desechos sólidos están, en general, relacionados con el uso de la tierra y la zonificación. Aunque se puede clasificar las fuentes hasta un número indeterminado, se han encontrado útiles las siguientes categorías: l) residencial, 2) comercial, 3) municipal, 4) industrial, 5) áreas libres, 6) plantas de tratamiento y 7) agrícola. En la Tabla 4.1, se presentan las instalaciones de generación de desechos, actividades o localizaciones típicas asociadas con cada una de estas fuentes. También se identifican los tipos de desechos generados, que se discuten a continuación. TABLA 4.1. INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN, ACTIVIDADES O LOCALIZACIONES TÍPICAS ASOCIADAS CON VARIAS CLASIFICACIONES DE FUENTES TIPOS DE DESECHOS FUENTES INSTALACIONES, ACTIVIDADES O SOLIDOS LOCALIZACIONES DONDE SE GENERAN LOS DESECHOS Residencial Residencias unifamiliares y multifamiliares, Desechos de alimentos edificios de apartamentos, de poca, mediana desperdicios, cenizas y gran altura. desechos especiales. Comercial Tiendas, restaurantes, mercados, edificios Desechos de alimentos, de oficinas, hoteles, moteles, almacenes de desperdicios, cenizas, impresos, reparación de automóviles, desechos de demolición y instalaciones médicas e instituciones, etc. construcción, desechos especiales, desechos ocasionalmente peligrosos. Municipal* Como los anteriores* Como los anteriores Industrial Construcción, fabricación, manufacturas Desechos de alimentos, ligeras y pesadas, refinerías, plantas desperdicios, cenizas, químicas, madera, minería, generación de desechos de demolición y electricidad, demolición, etc. construcción, desechos especiales, desechos peligrosos. Areas libres Calles, avenidas, parques, terrenos Desechos especiales, vacantes, terrenos de juego, playas, desperdicios. autopistas, áreas recreacionales, etc. Sitio de Plantas Agua, aguas residuales y procesos Desechos de plantas de de tratamiento. industriales de tratamiento, etc. tratamiento, compuestos principalmente de lodos residuales. Agrícolas Cultivos, huertos, viñedos, ordeñaderos, Desechos de alimentos corrales de ganado y animales, granjas, etc. compuestos, desechos de la agricultura, desperdicios, desechos peligrosos. * Normalmente se supone que el término municipal incluye tanto, a los desechos sólidos residenciales- como comerciales producidos en la comunidad.
Tipos de Desechos Sólidos El término desechos sólidos es inclusivo y comprende todas las fuentes, tipos de clasificaciones, composición y propiedades. Los desechos que son descargados pueden tener valor importante en otro marco de referencia, pero ellos tienen poco o ningún valor para el poseedor, quien desea deshacerse de ellos. Para evitar confusión, el término basura, utilizado a menudo en lugar del término desechos sólidos, no es utilizado en este texto. Como una base para las discusiones subsiguientes, será útil definir los varios tipos de desechos sólidos que son producidos. Ver Tabla 4.1. Es importante estar enterado de las definiciones de los términos de los desechos sólidos y de que las clasificaciones varían mucho en la literatura. Por consiguiente, la utilización de datos publicados requiere de considerable cuidado, criterio y sentido común. Las siguientes definiciones se proponen para que sirvan como guía y no para ser arbitrarias o precisas en un sentido científico. Desechos de alimentos. Desechos de alimentos son los residuos de animales frutas o vegetales que resultan del manejo, preparación, enfriamiento e ingestión de alimentos (también llamados basura). La característica más importante de estos desechos es que son altamente putrescibles y se descomponen rápidamente, en especial en clima cálido. A menudo, la descomposición conducirá al desarrollo de olores ofensivos. En muchos lugares, la naturaleza putrescible de estos desechos influenciará apreciablemente el diseño y la operación del sistema de recolección de desecho. Además de las cantidades de desechos de alimentos producidos en residencias se producen cantidades considerables en cafeterías, restaurantes y en instalaciones institucionales grandes como hospitales, prisiones e instalaciones asociadas con el mercadeo de alimentos, incluyendo tiendas y mercados al por mayor y menor. Basura o escombros. La basura o escombros consisten en desechos sólidos combustibles y no combustibles de casas, instalaciones, actividades comerciales, etc., excluyendo desechos de alimentos u otros materiales altamente putrescibles. Típicamente, los desperdicios combustibles consisten de materiales como papel, cartón, plásticos, textiles, caucho, cuero, madera, muebles y corte de jardines. Los desperdicios no combustibles consisten en artículos como vidrio loza, envases de hojalata, aluminio, metales ferrosos y no ferrosos y tierra. Cenizas y residuos. Materiales que resultan de quemar madera, carbón, coque y otros desechos combustibles en casas, tiendas, instituciones e instalaciones industriales y municipales para calefacción, cocción y disposición de desechos combustibles, se clasifican como cenizas y residuos. Los residuos de plantas de generación de energía, normalmente, no se incluyen en esta categoría. Las cenizas y residuos normalmente, se componen de materiales finos, polvorientos, escorias, clinquer y pequeñas cantidades de materiales quemados total o parcialmente (1). En los residuos de incineradores municipales también se encuentran vidrio, loza y varios materiales. Desechos de Demolición y Construcción. Los desechos de edificios demolidos y otras estructuras se clasifican como desechos de demolición. Los desechos de la construcción, remodelación y reparación de residencias individuales, edificios comerciales y otras
estructuras se clasifican como desechos de la construcción; estos desechos con frecuencia son clasificados como basura. Las cantidades producidas son difíciles de estimar y de composición variable, pero pueden incluir tierra, piedras, concreto, ladrillos, mortero, madera, tejas y plomería, partes de calefacción y eléctricos. Desechos Especiales. Desechos como los del barrido de calles, desperdicios a lo largo de carreteras, desechos de recipientes municipales de desperdicios escombros de cuencas, animales muertos y vehículos abandonados, se clasifican como desechos especiales. Debido a que es imposible predecir donde se encontrarán animales muertos o automóviles abandonados, se identifica a estos desechos como originados en lugares no específicos y dispersos. Esto contrasta con las fuentes residenciales, que también son dispersas pero específicas en cuanto a que la producción es un acontecimiento periódico. Desechos de Plantas de Tratamiento. Los desechos sólidos y semisólidos de instalaciones de tratamiento de aguas, aguas residuales y desechos industriales se incluyen en esta clasificación; las características especificas de estos materiales varía dependiendo de la naturaleza del proceso de tratamiento. Actualmente; su recolección no está a cargo de la mayoría de las agencias municipales responsables del manejo de los desechos sólidos. En el futuro, sin embargo, se anticipa que su disposición llegará a ser un factor importante en cualquier plan de manejo de desechos sólidos, Capítulo 12. Desechos Agrícolas. Los desechos y residuos que resultan de diversas actividades agrícolas, como los de la siembra y cosecha de surcos, campos y árboles y cultivos de vid, la producción de leche, la producción de animales para sacrificio y la operación de corrales se llaman colectivamente Desechos Agrícolas. Actualmente, la disposición de estos desechos no es responsabilidad de la mayoría de las agencias municipales y regionales de manejo de desechos sólidos. Sin embargo, en muchas áreas la disposición de estiércol animal se ha convertido en un problema crítico, especialmente de corrales y ordeñaderos. Desechos Peligrosos. Los desechos químicos, biológicos, inflamables, explosivos o radioactivos que plantean un peligro sustancial para la vida humana, de las plantas o animal; inmediatamente en el tiempo, se clasifican como peligrosos. Corrientemente, estos desechos se presentan en forma de líquidos, pero con frecuencia se encuentran en forma de gases, sólidos o lodos; en todos los casos, estos desechos deben ser manejados y dispuestos con gran cuidado y precaución. Debido a la naturaleza especializada de estos desechos, en el capítulo II se considera su manejo, el cual trata específicamente de desechos peligrosos. 4.2.
COMPOSICIÓN DE LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
La información sobre la composición de los desechos sólidos es importante en la evaluación de alternativas sobre necesidades de equipo, sistemas, programas y planes de manejo. Por ejemplo, si los desechos sólidos son producidos en una instalación comercial sólo consisten de productos de papel, puede ser apropia do el uso de equipo especial de
procesado como desmenuzadores y fardos. También se puede considerar la recolección separada si la ciudad o agencia de recolección está involucrada en un programa de recirculación de productos de papel. La evaluación de la factibilidad de la incineración depende de la composición química de los desechos sólidos. La composición física y química de los desechos sólidos municipales se discuten en esta sección, también se describen los cambios futuros en composición. La discusión se limita a un análisis de los desechos municipales, debido a que la consideración de la composición de todos los tipos de desechos agregaría información útil y está más allá del alcance de este texto, el cual trata principalmente del manejo de desechos sólidos municipales. Sin embargo, es importan te anotar que las bases del análisis presentado son aplicables a todos los tipos de desechos sólidos. En la Referencia 2 se presentan detalles adicionales sobre varios métodos de ensayos físicos, químicos y biológicos para desechos sólidos. Composición Física La información y datos sobre la composición física de desechos sólidos son importantes en la selección y operación del equipo e instalaciones, ver capítulo 5 y 8, en la evaluación de la factibilidad de la recuperación de recursos y energía, ver capítulo 9, y en el análisis y diseño de las instalaciones de disposición, ver capítulo 10. Los componentes individuales que constituyen los desechos sólidos municipales, y el contenido de humedad y la densidad de los desechos sólidos se describen en la siguiente discusión. Componentes individuales. Los componentes que típicamente constituyen la mayoría de los desechos sólidos municipales y su distribución relativa se reportan en la Tabla 4.2. Aunque se podría seleccionar cualquier número de componentes, se han seleccionado los que aparecen en la Tabla 4.2, debido a que son identificables fácilmente y consistentes con las categorías componentes reportadas en la literatura y debido a que se ha comprobado que son adecuadas para la caracterización de los desechos sólidos, para la mayoría de las aplicaciones. Los datos de la Tabla 4.2, provienen de la literatura y experiencia de los autores.
TABLA 4.2. COMPOSICIÓN FÍSICA TÍPICA DE LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Rango
PORCENTAJE EN PESO Típico Materiales de Empaque* 15 40 55,8 4 3 3,6 2 0,4 0,5 0,5 12 2 7,8 8 18,1 6 14,3 1 2 4 -
Desechos de alimentos 6 – 26 Papel 25 – 45 Cartón 3 – 15 Plásticos 2–8 Textiles 0–4 Caucho 0–2 Cuero 0–2 Residuos de jardín 0 – 20 Madera 1–4 Vidrio 4 – 16 Envases de hojalata 2–8 Metales no ferrosos 0–1 Metales ferrosos 1–4 Tierra, ceniza, ladrillo, etc. 0 - 10 * De Ref. 4 + Basado en medidas hechas durante un período de 5 años (1971 a 1975)
Davis California 9,5 43,1 6,5 1,8 0,2 0,8 0,7 14,3 3,5 7,5 5,2 1,5 4,3 1,1
Los porcentajes de los componentes de los desechos sólidos municipales varían con la localización, la estación, la condición económica y muchos otros factores. Por esta razón, de ser posible, se debe realizar un estudio especial, si la distribución de los componentes es un factor crítico en un proceso particular de decisiones de manejo. Aún entonces puede ser imposible obtener una evaluación exacta a menos que sean analizados un número prohibitivamente grande de muestras. Una falta común en muchos estudios de ingeniería es gastar demasiado dinero en reunir datos que jamás serán utilizados; esto es especialmente cierto con respecto a la distribución de datos sobre los componentes de los desechos sólidos. Por ejemplo, si no se va a recuperar vidrio, no es especialmente importante saber si la cantidad es 7% opuesto a 8%, ver Tabla 4.2., a menos que haya alguna razón específica por la cual se deba conocer una distribución más detallada de los componentes. Los datos presentados en la Tabla 4.2., se pueden utilizar en la mayoría de los estudios de manejo. Determinación de los Componentes en el Campo. Debido a la naturaleza heterogénea de los desechos sólidos, la determinación de los componentes no es una tarea fácil. Los procedimientos estrictamente estadísticos son difíciles, sino imposibles, de implementar; por esta razón ha sido desarrollado un procedimiento de campo más generalizado, para determinar la composición basándose en el sentido común y técnicas de muestreo al azar. El procedimiento comprende la descarga de una cantidad de desechos en un área controlada del sitio de disposición que está aislada de los vientos y separada de otras operaciones. Una
muestra representativa residencial podría ser una camionada que resulta de una recolección típica diaria en un área residencial, también serían representativas una muestra mezclada del foso de almacenamiento de un incinerador o del foso de descarga de un desmenuzador. El sentido común es importante en la selección de la carga a ser muestreada. Por ejemplo, no sería típica una carga que contenga la acumulación semanal de desechos de patios (hojas) durante el otoño. Para asegurar que los resultados obtenidos sean buenos estadísticamente, se deben obtener suficiente número de muestras. Se ha encontrado que algunas medidas, efectuadas con muestras de unos 100 kilos, varían significativamente de otras medidas realizadas con muestras hasta de 175 kilos, tomados de la misma carga de desecho (6). Los autores han obtenido resultados parecidos en estudios de campo realizados en Hawai y en Davis, California. Para obtener una muestra para análisis, se cuartea primero la carga, entonces se selecciona una parte para cuarteo adicional hasta que el tamaño de la muestra es de alrededor de 100 kilos. Es importante mantener la integridad de cada cuarto seleccionando, independientemente del olor o la descomposición física y para estar seguros de que se miden todos los componentes. Solamente, de esta manera se puede mantener algún grado de selección imparcial al azar. En la Asociación Americana de Trabajos Públicos* se ha publicado información adicional. Contenido de Humedad. El contenido de humedad de un desecho sólido, generalmente, se expresa como el peso de humedad por unidad de peso de material húmedo o seco. En el método de medida en peso húmedo, la humedad de una muestra se expresa como un porcentaje del peso húmedo del material; en el método en seco, se expresa como un porcentaje del peso seco del material. En forma de ecuación, el contenido de humedad en peso húmedo se expresa corno sigue: Contenido de humedad (%) = a-b 100 a
(4.1)
donde: a = peso inicial de la muestra, como se entrega b = peso de la muestra después de secar En la Tabla 4-3, se dan datos típicos del contenido de humedad para los componentes de los desechos sólidos de la Tabla 4.2, para la mayoría de los desechos sólidos municipales, el contenido de humedad variará del 15 al 40%, dependiendo de la composición de los desechos, la estación del año y las condiciones de humedad y meteorológicas, particularmente la lluvia. En el Ejemplo 4.1, se ilustra el uso de datos de la Tabla 4-3, para estimar el contenido total de humedad de los desechos sólidos.
*
American Public- Works Association
TABLA 4.3. DATOS TÍPICOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DEL LOS COMPONENTES DE LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES Componente
POR CIENTO DE HUMEDAD Rango
Típico
Desechos de alimentos
50 – 80
70
Papel
4 – 10
6
Cartón
4–8
5
Plásticos
1–4
2
Textiles
6 – 15
10
Caucho
1–4
2
Cuero
8 – 12
10
Desechos de jardín
30 – 80
60
Madera
15 – 40
20
Vidrio
1–4
2
Envases de hojalata
2–4
3
Metales no ferrosos
2–4
2
Metales ferrosos
2–6
3
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
6 – 12
8
Desechos sólidos municipales
15 - 40
20
Ejemplo 4.1. Estimativo del contenido de humedad de los desechos sólidos municipales. Estimar el contenido de humedad de una muestra de desechos sólidos con la composición típica dada en la Tabla 4.2. Solución: 1.
Construya una tabla de cálculos, ver Tabla 4.4.
TABLA 4.4. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD, PARA LA MUESTRA DE DESECHOS SÓLIDOS EN EL EJEMPLO 4.1. Por ciento en peso 15
Contenido de humedad % 70
Peso Seco*
Papel
40
6
37,6
Cartón
4
5
3,8
Plásticos
3
2
2,9
Textiles
2
10
1,8
Caucho
0,5
2
0,5
Cuero
0,5
10
0,4
Desechos de jardín
12
60
4,8
Madera
2
20
1,6
Vidrio
8
2
7,8
Envases de hojalata
6
3
5,8
Metales no ferrosos
1
2
1,0
Metales ferrosos
2
3
1,9
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
4
8
3,7
Componente Desechos de alimentos
TOTAL
100
Contenido de humedad = (100 – 78,1) = 100 = 21,9 100
*
Basado en el peso de la muestra de 100 lb como se entrega.
4,5
78,1
2.
Determine el peso seco de los componentes del desecho sólido utilizando la relación siguiente: Peso seco
3.
=
(100 - contenido de humedad, %) (peso como se entrega)
Determine el contenido de humedad de la muestra de desechos sólidos utilizando la ecuación 4.1. Contenido de humedad (%) =
100 - 78,1 100 = 21,9 100
Densidad. Con frecuencia se necesitan datos de densidad para evaluar la masa total y el volumen de agua que se deben manejar. Desafortunadamente, hay poca o ninguna uniformidad en la manera como se han reportado las densidades de desechos sólidos en la literatura. A menudo no se ha hecho distinción alguna entre densidades de desechos compactados y sin compactar. En la Tabla 4-5, se reportan densidades típicas para varios desechos como se encuentran en los recipientes por orígenes. En la Tabla 4.6, se dan los datos correspondientes para los componentes de los desechos sólidos de la Tabla 4.2. Debido a que las densidades de los desechos sólidos varían ampliamente con la localización geográfica, estación del año y tiempo de almacenamiento, se debe tener mucho cuidado en la selección de valores típicos. Se ha encontrado que los desechos sólidos municipales como se entregan en los vehículos de compactación varían de 300 a 700 lb/yd3 (178 a 416 Kg/m3), un valor típico es de alrededor de 500 lb/yd3 (297 Kg/m3). Composición Química La información sobre la composición química de los desechos sólidos es importante en la evaluación de opciones alternas de procesado y recuperación. Por ejemplo considere el proceso de incineración. Típicamente, se puede pensar de los desechos como una combinación de materiales combustibles semihúmedos y no combustibles, si se va a utilizar desechos sólidos como combustible, las cuatro cualidades más importantes a conocer son: 1.
Análisis inmediato a) b) c) d)
Humedad (pérdida a 105°C durante 1 hora) Material volátil (pérdida adicional por ignición a 950°C) Cenizas (residuos después de quemar) Carbón fijo (restante)
TABLA 4.5. DENSIDADES TÍPICAS DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES POR FUENTES* Fuente
DENSIDAD (lb/yd3) Rango
Típico
Basura +
150 - 300
220
Desechos de jardín
100 - 250
175
1.100 – 1.400
1.250
En Camión compactador
300 - 750
500
En el relleno (normalmente compactado)
600 - 850
750
1.000 – 1.250
1.000
1.000 – 1.800
1.200++
200 - 450
360
1.000 – 1.800
1.300++
800 – 1.600
900
Basura, combustible
80 - 300
200
Basura, no combustible
300 - 600
500
Residencia (sin compactar)
Cenizas Residencial (compactado)
En relleno (bien compactado) Residencial (después de procesado) Embalado Desmenuzado (sin compactar) Desmenuzado (compactado) Comercial – Industrial (sin compactar) Desechos de alimentos (húmedo)
*
Adaptado en parte a la Ref. 10 No incluye cenizas ++ Compactación de poca presión, menos de 100 lb/pg2 NOTA: lb/yd3 x 0.5933 = kg/m3 Lb/pg2 x 6.895 = kg/m2 +
TABLA 4.6. DENSIDADES TÍPICAS DE LOS COMPONENTES DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES COMO SE DESCARTAN* Componente
DENSIDAD (lb/yd3) Rango
Típico+
Desechos de alimentos
8 – 30
18,0
Papel
2–8
5,1
Cartón
2–5
3,1
Plásticos
2–8
4
Textiles
2–6
4
Caucho
6 – 12
8
Cuero
6 – 16
10
Desechos de jardín
4 – 14
6,5
Madera
8 – 20
15,0
Vidrio
10 – 30
12,1
Envases de hojalata
3 – 10
5,5
Metales no ferrosos
4 – 15
10,0
Metales ferrosos
8 – 70
20
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
20 – 60
30
*
Sin compactar Basado en medidas hechas durante un período de 5 años (1971 a 1975) en Davis, California. NOTA: lb/pie3 x 16.019 = kg/m3 +
2.
Punto de fusión de la ceniza
3.
Análisis final, por ciento de C (carbón), H (hidrógeno), O (oxígeno) N(nitrógeno), S(azufre) y ceniza.
4.
Valor calórico
Un análisis inmediato de los componentes combustibles de desechos sólidos municipales como son descartados se presenta en la Tabla 4.7. En la Tabla 4.8, se presentan datos representativos del análisis final de componentes típicos de desechos municipales de la Tabla 4.2. Si los valores Btu no son disponibles, se puede determinar el valor aproximado de Btu usando la ecuación 4.2, conocida como la fórmula modificada de Dulong (4) y los datos de la Tabla 4.8. Btu.lib
=
145.4 C + 620 (H – 1/8 O) + 41S
(4.2)
Donde: C H O S
= = = =
Carbón, por ciento Hidrógeno, por ciento Oxígeno, por ciento Azufre, por ciento
En la Tabla 4.9, se reportan datos típicos sobre el residuo inerte y los valores calóricos para desechos municipales, como se muestra, los valores calóricos se han seleccionado en base a la forma en que se descartan. Los valores en Btu en la Tabla 4.9, se pueden convertir a base seca usando la ecuación 4.3. Btu/lb (base seca)
=
Btu (como se descartan)
(100)_____ (4.3) 100 - % Humedad
La ecuación correspondiente para Btu por libra sobre una base de cenizas es: Btu/lb (seco libre de cenizas) = Btu/lb (como se descartan) |A| A
=
100_____________ 100 - % ceniza - % humedad
(4.4)
TABLA 4.7. ANÁLISIS INMEDIATO TÍPICO PARA DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES Componente
VALOR POR CIENTO Rango
Típico
Humedad
15 – 40
20
Materia volátil
40 – 60
53
Carbón – fijo
5 – 12
7
Vidrio, metal, ceniza
15 - 30
20
TABLA 4.8. DATOS TÍPICOS SOBRE EL ANÁLISIS FINAL DE COMPONENTES COMBUSTIBLES EN DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES Componente
POR CIENTO EN PESO (base seca) Carbón Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Azufre
Ceniza
Desechos de alimentos
48,0
6,4
37,6
2,6
0,4
5,0
Papel
43,5
6,0
44,0
0,3
0,2
6,0
Cartón
44,0
5,9
44,6
0,3
0,2
5,0
Plásticos
60,0
7,2
22,8
-
-
10,0
Textiles
55,0
6,6
31,2
4,6
0,15
2,5
Caucho
78,0
10,0
-
2,0
-
10,0
Cuero
60,0
8,0
11,6
10,0
0,4
10,0
Desechos de jardín
47,8
6,0
38,0
3,4
0,3
4,5
Madera
49,5
6,0
42,7
0,2
0,1
1,5
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
26,3
3,0
2,0
0,5
0,2
68,0
TABLA 4.9.
DATOS TÍPICOS SOBRE RESIDUO INERTE Y CONTENIDO DE ENERGÍA DE DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Componente
RESIDUO INERTE*
ENERGIA Btu/lb*
Rango
Típico
Rango
Típico
Desechos de alimentos
2–8
5
1500 – 3000
2000
Papel
4–8
6
5000 – 8000
7200
Cartón
3–6
5
6000 – 7500
7000
Plásticos
6 – 20
10
12000 – 16000
7000
Textiles
2–4
2,5
6500 – 8000
7500
Caucho
8 – 20
10
9000 – 12000
10000
Cuero
8 – 20
10
6500 – 8500
7500
Desechos de jardín
2–6
4,5
1000 – 8000
2800
Madera
1,5
7500 – 8500
8000
+
98
50 – 100
60
+
98
100 – 500
300
+
96
Metales ferrosos
+
94 – 99
98
100 – 500
300
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
60 – 80
70
1000 – 5000
3000
4000 - 5500
4500
Vidrio Envases de hojalata Metales no ferrosos
0,6 – 2 96 - 99
96 – 99 90 – 99
Desechos sólidos municipales
*
Después de combustión completa En base a la forma en que son descartados NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg +
En el ejemplo 4.2. se ilustra el uso de los datos de la Tabla 4.9. en el cálculo del contenido de energía de un desecho sólido municipal. Ejemplo 4.2. Estimación del contenido de energía de desechos sólidos municipales típicos. Determine el valor energético de desechos sólidos municipales típicos con la composición media mostrada en la Tabla 4.2. Solución 1. 2. 3.
Suponga que el valor calórico será calculado en base a como es descartada. Determine la energía utilizando una tabla de cálculos, Ver Tabla 4.10 Como se muestra en la Tabla 4.10, el contenido de energía de los desechos en la forma en que son descartados sería 4.762 Btu/lb (11.053 Kj/ Kg). Este valor típico es dado en la Tabla 4.9.
Cambios Futuros en Composición En términos de planeación del manejo de los desechos sólidos, es muy importante conocer las tendencias futuras en la composición de los desechos sólidos, por ejemplo, si se instituyera un programa de recirculación de papel sobre la base de la distribución normal de datos y si la producción de papel se fuera a eliminar en el futuro, tal programa no llegaría a ser más que un costoso "elefante blanco". Aunque este es un caso extremo, sin embargo ilustra el punto de que las tendencias futuras deben ser evaluadas cuidadosamente en la planeación, a largo plazo. Otro aspecto importante es si las cantidades están realmente cambiando o únicamente mejorado el sistema de reportarlas. Desechos de Alimentos. La cantidad de desechos residenciales de alimentos re colectados ha cambiado significativamente con los años como resultado de avances técnicos y cambios en actitud pública. Dos avances tecnológicos que han tenido un efecto importante son el uso del molino de residuos en casas y el desarrollo de la industria de procesado y empaque de alimentos. Recientemente, debido a que el público se encuentra mejor informado y preocupado ambientalmente y debido a que los efectos de la inflación se han vuelto más generales, se ha desarrollado una tendencia hacia el uso, en mayor escala, de vegetales crudos en lugar de procesados aunque pareciera que tal tendencia aumentará la cantidad de desechos de alimentos recolectados, esto no es necesariamente el caso. Los usos alternos para los desechos de alimentos, como la fermentación controlada, han servido para compensar cualquier aumento en las cantidades producidas.
TABLA 4.10. CÁLCULO DEL CONTENIDO DE ENERGÍA PARA LOS DESECHOS SÓLIDOS MUNICIPALES EN EL EJEMPLO 4.2. Componente
Desechos Sólidos* 15
Energía Btu/lb 1.000
Energía Total Btu 30.000
Papel
40
7.200
288.000
Cartón
4
7.000
28.000
Plásticos
3
14.000
42.000
Textiles
2
7.500
15.000
Caucho
0,5
10.000
5.000
Cuero
0,5
7.500
3.750
Desechos de jardín
12
2.800
33.600
Madera
2
8.000
16.000
Vidrio
8
60
480
Envases de hojalata
6
300
1.800
Metales no ferrosos
1
-
-
Metales ferrosos
2
300
600
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
4
3.000
12.000
Desechos de alimentos
100 Contenido de energía
*
476.230 Btu = 100 lb
Los datos fueron deducidos de las Tablas 4.2 y 4.9 NOTA: Btu/lb x 2.326 = kj/kg
4.762 Btu lb
476.230 (11.053 Kj) Kg
Papel. El porcentaje de papel encontrado en desechos sólidos ha aumentado enormemente en años recientes. Si consideramos que el porcentaje de aumento en la cantidad de papel producido en los Estados Unidos alcanza a más de dos veces el aumento de población para los años 1950 a 1962 (1). La razón para el aumento en el desecho de papel es clara. Sin legislación que se interponga, se espera que esta tendencia continuará durante algún tiempo en el futuro. Plásticos. El porcentaje de plásticos en los desechos sólidos también ha aumentado apreciablemente durante los últimos 20 años. Las condiciones futuras (económicas y políticas) que rodean a la industria productora de petróleo afectará la producción de plásticos. El alcance de cualquiera de los impactos actualmente es desconocido. 4.3.
TASAS DE PRODUCCIÓN
El tema de la tasa de producción de desechos sólidos ha ocasionado considerable confusión debido a los diferentes métodos de medida y a las distintas clasificaciones de desechos adaptados para los datos reportados. La razón para medir las tasas de producción es la de obtener datos que se puedan usar para determinar la cantidad total de desechos a ser manejados. Además, en cualquier estudio de manejo de desechos sólidos, se debe tener cuidado extremo en la asignación de fondos y en decidir que es lo que realmente se va a conocer. Debido a la importancia de ser capaz de evaluar la cantidad de desecho sólido producido, en esta sección se dedican discusiones separadas a: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Medida de las cantidades Análisis estadístico de las tasas de producción Expresiones para tasas unitarias de producción Métodos usados para determinar las tasas de producción Tasas típicas de producción Factores que afectan las tasas de producción.
Medida de las Cantidades El peso y el volumen se utilizan para medir cantidades de desechos sólidos, desafortunadamente, el uso del volumen como una medida de la cantidad puede ser extremadamente engañosa. Por ejemplo, una yarda cúbica de desechos sueltos representa una cantidad diferente de una yarda cúbica de desechos que han sido compactados en un camión compactador y cada uno de estos es diferente de una yarda cúbica de desechos que han sido compactados nuevamente en un relleno. Por consiguiente, si se van a usar medidas de volumen, los volúmenes medidos deben estar relacionados con grado de compactación de los desechos. Para evita r confusión, las cantidades de desecho sólido se debieran expresa r en términos de peso. El peso es la única base exacta para registros debido a que se pueden medir directamente los tonelajes, independientemente del grado de compactación .El uso de los registros en peso, es también importante en el transporte de los desechos sólidos, ya que la
cantidad que puede ser acarreada generalmente está restringida por límites de peso, en las carreteras, en lugar del volumen. Análisis Estadístico de las Tasas de Producción En el desarrollo de sistemas de manejo de desechos sólidos, a menudo es necesario determinar las características estadísticas de la producción de desecho. Por ejemplo, para muchas actividades industriales grandes no seria práctico proveer un recipiente con capacidad para recibir la mayor cantidad concebible de desechos sólidos a ser producidos en un día dado. La capacidad del recipiente a ser provisto se debe basar en un análisis estadístico de las tasas de producción y las características del sistema de recolección. Las medidas estadísticas que se deben considerar incluyen la media, el modo, mediana, desviación estándar y el coeficiente de variación. La definición de estas medidas y su aplicación se describen en el Apéndice C. Expresiones para Tasas Unitarias de Producción Además de conocer las fuentes y la composición de los desechos sólidos que deben ser manejados, es igualmente importante ser capaz de desarrollar unidades de expresión significativas para las cantidades producidas. Debido a que se deben usar diferentes unidades de expresión, para diferentes fuentes de producción, cada fuente se discute por separado. Se anota, sin embargo, que los datos de unidad de producción disponibles para actividades comerciales e industriales son actualmente escasos. Por consiguiente, se ha encontrado conveniente, en muchos casos, usar para estas actividades las mismas unidades utilizadas para desechos residenciales, en reemplazo de unidades más racionales en la siguiente discusión. La mayoría de los registros de desechos más completos son aquellos hechos en rellenos locales, estaciones de transferencia o estaciones de procesado y generalmente es imposible separar las fuentes de las que se derivaron los desechos. Residencial. Debido a la naturaleza relativamente estable de los desechos residenciales en un lugar dado, la unidad de expresión más común usada para sus tasas de producción es libras (kilos) por habitante por día. Sin embargo, en el caso en que la composición del desecho varíe apreciablemente de los desechos municipales típicos Tabla 4.2 el uso de libras (kilos) por habitante por día puede ser engañoso, especialmente cuando se están comparando cantidades. Comercial. En el pasado, las tasas de producción de desecho comercial también se han expresado en libras (kilos) por habitante por día. Aunque esta práctica se ha continuado como conveniente, agrega poca información útil acerca de la naturaleza de la producción de desecho sólido en fuentes comerciales. Un enfoque más significativo será relacionar las cantidades producidas al número de clientes, el valor de las ventas en dólares o alguna unidad parecida. El uso de tales factores permitiría hacer comparaciones en todo el país. Industrial. Idealmente, los desechos producidos en actividades industriales se debieran expresar en base a alguna medida reproducible de producción, tal como libras (kilos) por automóvil, para una planta de ensamblaje de automóviles o libras (kilos) por caja, para una
planta de enlatados. Cuando tales datos sean desarrollados será posible hace r comparaciones significativas entre actividades industriales similares en todo el país. Agrícola. Donde se han recogido datos adecuados, los desechos sólidos de actividades agrícolas ahora se expresan más a menudo en términos de alguna medida reproducible de producción, tal como libras (kilos) de estiércol por vaca de 1.400 libras por día y libras (kilos) de desecho por toneladas de producto crudo. En este momento, la cuantificación de los desechos sólidos producidos en actividades agrícolas asociadas con el campo y cultivos en surco, es difícil debido a la poca información útil que se ha reunido en el pasado. Métodos usados para determinar las Tasas de Producción Los métodos comúnmente utilizados para evaluar la producción de desechos sólidos por habitante son: 1) un análisis de conteo de cargas, 2) análisis de peso- volumen y 3) análisis de balance de materiales. Revisando la información presentada en esta discusión, será útil recordar que la mayoría de las medidas de tasas de producción no representan lo que ellas reportan o se supone que representan. En el caso de predecir las tasas de producción residencial las tasas medidas rara vez reflejan la tasa verdadera debido a que hay muchos factores que confunden, tales como almacenamiento en el origen y el uso de lugares alternos de disposición que hacen difícil la evaluación de la tasa verdadera. La mayoría de las tasas de generación de desechos sólidos reportados en la literatura son realmente tasas de recolección y no tasas de producción. Análisis de Conteo de Cargas. En este método, el número de cargas individuales y las características de los vehículos se anotan durante un periodo de tiempo especificado. Si hay básculas disponibles, también se registran datos del peso. Las tasas unitarias de producción se determinan usando los datos de campo, y donde sea necesario, datos publicados. Este método se ilustra en el ejemplo 4.3. Ejemplo 4.3. Estimación de las tasas unitarias de producción de desechos sólidos para un área residencial De los datos siguientes estime la tasa unitaria de producción de desechos para un área residencial consistente de aproximadamente 1.000 casas. El lugar de observación es una estación de transferencia y el período de observación es una semana. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Número de cargas de camión compactador = 10 Tamaño promedio de camión compactador = 20 yd3 Número de cargas de plataforma = 10 Volumen promedio de plataforma = 1.5 yd3 Número de cargas de residentes individuales, carros privados y camiones=20 Volumen estimado por vehículo doméstico = 8 pie3
Solución 1. 2.
Arregle una tabla de cálculos, Ver Tabla 4.11 Determine la tasa unitaria de producción de desecho sobre la suposición de que cada casa está habitada por 3.5 personas. Tasa unitaria =
72.850 lb/sem____ = 3,0 lb/hab/día (1,36 kg/hab/día) (1.000 x 3,5) (7 días/sem)
TABLA 4.11. ESTIMACIÓN DE LAS TASAS DE PRODUCCIÓN UNITARIA DE DESECHO SÓLIDO EN EL EJEMPLO 4.3. Número de Cargas Camión compactador
10
Volumen Promedio yd3 20
Camión de plataforma
10
Vehículo privado individual
20
Peso Unitario Peso Total lb/yd3 lb 350
70.000
1,5
150
2.250
0,30
100
600
Total lb/sem
72.850
*
Estimado usando datos en la Tabla 4.4. y algunas medidas limitadas en el sitio. NOTA: yd3 x 0.7646 = m3 lb/yd3 x 0.5933 = Kg/m3 lb/ x 0.4536 = Kg. Comentario. La dificultad en usar tales datos es saber si son realmente representativos de lo que se necesita medir. Por ejemplo, ¿Cuántas cargas fueron acarreadas?; ¿Cuánto material fue almacenado en el predio del propietario de la casa?. Todas esas preguntas tienden a confundir los datos observados en el sentido estadístico, Ver Tabla 4.11. Análisis, Peso - Volumen. Aunque el uso de datos detallados de peso - volumen obtenidos pesando y midiendo cada carga ciertamente suministrará mejor información sobre la densidad de varias formas de desechos sólidos en un lugar dado, queda la pregunta: Es esto lo que necesita en términos de los resultados del estudio. Análisis de Balance de Materiales. La única manera de determinar la producción y el movimiento de los desechos sólidos, con cualquier grado de confiabilidad es realizar un balance detallado de materiales para cada fuente de producción como con una residencia individual o una actividad comercial o industrial. Debido al alto gasto y a la gran cantidad de trabajo involucrado, sin embarco, este método de análisis se debe usar únicamente en situaciones especiales. El enfoque a seguir en la preparación de un balance de materiales es como sigue: Primero, trace un límite del sistema alrededor de la unidad a ser estudiada, Ver Figura 4.1. Segundo,
identifique todas las actividades que crucen u ocurran dentro de los límites y afecten a la producción de desechos. Tercero, si es posible, identifique la tasa de producción asociada con estas actividades. Cuarto, utilice un balance de materiales, determine la cantidad de desechos producidos, recolectados y almacenados. En el ejemplo 4.4. se ilustra un análisis simplificado de balance de materiales. Ejemplo 4.4. Análisis de Balance de Materiales. Una enlatadora recibe en un día dado 12 toneladas de producto crudo, 5 toneladas de envases, 0,5 toneladas de cartones y 0,3 toneladas de varios materiales Su producción incluye 10 toneladas de producto procesado y el remanente se convierte en parte en aguas residuales. Cuatro toneladas de envases se almacenan para uso futuro y el resto se utiliza para empacar el producto. Alrededor del 3 por ciento de los envases usados son dañados y recirculados. Los cartones también son usados para empacar, excepto el 3 por ciento que se dañan y son incinerados con otros desechos de papel. De los materiales varios, 75 por ciento se convierte en desechos de papel que son incinerados y el remanente es dispuesto por la agencia municipal de recolección. Dibuje un diagrama de flujo materiales para esta actividad. Solución 1.
Cada día la enlatadora recibe: 12 toneladas de producto crudo 5 toneladas de envases 0,5 toneladas de cartones 0,3 toneladas de materiales varios
Fig. 4. 1. Esquema de definición del balance de materiales 2.
Como un resultado de la actividad interna: Se producen 10 toneladas del producto y el resto de la producción es descargado a la alcantarilla. Se almacenan 4 toneladas de envases Se dañan y recirculan el 3% de los envases
Se dañan e incineran el 3% de los cartones y el resto se utiliza 75 por ciento de los materiales varios o misceláneas se convierten en desechos de papel que son incinerados y el resto es desechado. 3.
Determine las cantidades necesarias: Desechos generados = (12 - 10) ton = 2 ton (1.814 Kgs) Envases dañados y recirculados = (0,03) (5 - 4) ton = 0,03 ton (27 kg) Envases usados en el producto = 1 - 0,03 ton = 0,97 ton (880 Kg) Cartones incinerados = (0,03) (0,5 ton) = 0,015 ton (14 Kg) Cartones usados en el producto = (0,5 - 0,015) ton = 0,485 ton (440 Kg) Misceláneos incinerados = (0,75) (0,3 ton) = 0,225 ton (204 Kg) Misceláneos desechados = (0,3 - 0,225) ton = 0,075 ton (68 Kg) Total incinerado = (0,015 + 0,225) ton = 0,240 ton (218 Kg) Total producido = (10 + 0,97 + 0,485) ton = 11.455 ton (10.392 Kg)
4. Despreciando la cantidad de materiales descargados en el incinerador, gases de la chimenea, dibuje un diagrama de flujo de materiales, Ver Figura 4.2. Comentario. Se presentó este ejemplo sencillo para ilustrar algunos de los cálculos involucrados en la preparación de un análisis de balance de materiales. Si las actividades del procesado interno son más complejas, la cantidad de trabajo involucrado para llegar a un balance de materiales obviamente podría llegar a ser prohibitivo.
Fig. 4.2. Esquema de la definición del balance de materiales para el ejemplo 4.4. Tasas Típicas de Producción Quizás la información más amplia sobre cantidades unitarias de desechos sólidos producidos en los Estados Unidos fue obtenida por el Departamento de Salud, Educación y Bienestar Social, en 1968, en el Estudio Nacional de prácticas sobre Residuos Sólidos de la Comunidad, el cual cubrió una población de alrededor de 92.5 millones (7). Aunque las cantidades locales pueden variar apreciablemente, los datos reunidos en este estudio, enumerados en la Tabla 4.2. se pueden utilizar como una guía. Datos reunidos en un estudio realizado en California, en 1968, se reportan en la Tabla 4.13 (19). Aunque a primera vista las cantidades de California parecen estar en desacuerdo con las de todos los Estados Unidos. Son, en realidad, muy similares, si se analizan los factores individuales que producen las diferencias. Si el componente agrícola de California (9.8 lb por hab. por día) se agrega al valor de los Estados Unidos, el valor total sería de alrededor
de 18 lb/hab/día. Si se nota, también, que la componente industrial para California es aproximadamente dos veces el valor dado en datos de los Estados Unidos, entonces las cantidades totales llegan a ser perfectamente comparables. Cuando no hay información disponible sobre las cantidades unitarias de producción de desecho, se pueden utilizar los datos generalizados de la Tabla 4.14. Como se muestra, no se presentan datos para desechos agrícolas y desechos especiales debido a que ellos varían apreciablemente con la ubicación geográfica. las tasas de producción de desechos para fuentes industriales y agrícolas seleccionadas en California se reportan en la Tabla 4.15. Factores que afectan las Tasas de Producción Los factores que influyen en la cantidad de desechos producidos incluyen: localización geográfica, estación del año, frecuencia de la recolección, uso de molinos de basura en las casas, los hábitos y la condición económica de la gente, el alcance de las operaciones de recuperación y recirculación, la legislación y las actitudes del público. Todos estos factores son importantes en la planeación del manejo de los desechos sólidos. Las generalizaciones tienen poco o ningún valor, sin embargo, en cada situación se debe evaluar, independientemente, el impacto de varios factores. En la parte III se discuten situaciones específicas donde se pueden necesitar tales evaluaciones. TABLA 4.12. DESECHOS SÓLIDOS RECOLECTADOS POR HABITANTE EN LOS ESTADOS UNIDOS, 1968* Fuente o Composición Residencial y comercial+ combinado
Poblaci lb/hab/día ón Reportada 46,970 4.05
Industrial
29,330
1.86
Institucional
20,533
0.24
Demolición y Construcción
23,697
0.66
Limpieza d calles y avenidas
35,340
0.25
Arboles y paisajes
25,890
0.18
Parques y playas
17,230
0.16
Cuencas
22,010
0.04
Sólidos de plantas de tratamiento de aguas residuales
20,504
0.47
TOTAL
*
7.92
Adaptado del Esudio Nacional sobre Prácticas con residuos Sólidos de la Comunidad de 1968 (7) Los datos para los desechos residenciales y comerciales combinados, han sido reducidos sobre la base de estimados obtenidos de estadísticas de producción. En una población de 207 millones, la cantidad dispuesta se estima en alrededor de 3.316 lb/hab/día. NOTA: lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día +
TABLA 4.13. DESECHOS SÓLIDOS PRODUCIDOS EN CALIFORNIA, 1968* Fuente
TASA DE PRODUCCIÓN Ton/Año
lb/hab/día
Municipal
22.9 x 106
6.5
Industrial
13.7 x 106
3.9
Agrícola
34.9 x 106
9.8
71.5 x 106
20.2
TOTAL *
Adaptado del estudio de California (9) NOTA: Ton/año x 907.2 = Kg/año lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día Localización Geográfica. La influencia de la localización geográfica está relacionada, principalmente, con diferentes climas que pueden influir tanto en la cantidad de ciertos tipos de desechos sólidos como en la operación de recolección. Las variaciones sustanciales en la cantidad de desechos producidos en jardines y patios en varias partes del país también están relacionados con los climas. Por ejemplo, en las áreas más cálidas del sur donde la estación de crecimiento es más larga que en áreas del norte, los desechos recolectados de patios no solamente son considerablemente más grandes sino que también se producen durante un período de tiempo más largo. Debido a las variaciones en las cantidades de ciertos tipos de desechos sólidos producidos en climas diferentes, se deben realizar estudios especiales cuando tal información tenga un impacto apreciable sobre el sistema; a menudo, se puede obtener la información necesaria del análisis de conteo de cargas. Estación del Año. Las cantidades de ciertos tipos de desechos sólidos también son afectados por la estación del año. Por ejemplo, las cantidades de desechos de alimentos son afectados por la estación de crecimiento para vegetales y frutas. (Ver también el parágrafo anterior; localización geográfica).
TABLA 4.14. TASAS TÍPICAS DE PRODUCCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS POR HABITANTE Fuente
TASA UNITARIA: lb/hab/día Rango
Típico
Municipal
2.0 – 5.0
3.5
Industrial
1.0 – 3.5
1.9
0.1 – 0.8
0.6
0.1 – 0.6
0.4
*
Demolición +
Otros Municipales
SUB-TOTAL
6.4
Agrícola
-++
Desechos Especiales
-++
*
Incluye residencial y comercial Excluye agua, aguas servidas y residuos de plantas de tratamiento de desechos industriales, que deben ser estimados por separado para cada lugar. ++ Se debe estimar por separado para cada lugar NOTA: lb/hab/día x 0.4536 = Kg/hab/día +
Frecuencia de Recolección. En general se ha observado que donde se provee un servicio ilimitado de recolección, se recogen más desechos. Esta observación no se debe utilizar para inferir que se producen más desechos. Por ejemplo, si el propietario de una casa está limitado a uno o dos recipientes por semana, él o ella pueden, debido a la capacidad limitada del recipiente, almacenar periódicos u otros materiales en el garage o área de almacenamiento (bodega); con servicio ilimitado, el propietario tenderá a deshacerse de ellos. En esta situación, la cantidad de desechos producidos puede, realmente, ser la misma pero la cantidad recogida es considerablemente distinta. Así, la pregunta fundamental sobre el efecto de la frecuencia de la recolección sobre la producción de desecho permanece sin respuesta. Uso de Molinos para Basura en las Casas. Mientras el uso de molinos en las casas, definitivamente, reduce la cantidad de desechos de alimentos a ser recolectados, no está claro si ellos afectan la cantidad de desechos producidos; debido a que el uso de molinos en las casas varia ampliamente en el país, los efectos de su uso se deben evaluar por separado en cada situación si tal información es garantizada.
TABLA 4.15. TASAS UNITARIAS DE PRODUCCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS PARA FUENTES INDUSTRIALES Y AGRÍCOLAS SELECCIONADAS Fuente
Unidades
Rango
Industrial Alimentos enlatados y congelados
Ton/ton de producto
0.04 – 0.06
Impresión y publicaciones
Ton/ton de papel bruto
0.08 – 0.10
Automóviles
Ton/vehículo producido
0.7 – 0.9
Refinación de petróleo
Ton/empleado/día
0.04 – 0.05
Caucho
Ton/ton de caucho bruto
0.01 – 0.3
Agropecuarios* Estiércol Pollos (carne)
Ton/1000 aves/año
4–5
Gallinas (huevos)
Ton/1000 aves/año
45 – 50
Ganado
lb/cabeza/año
85 – 120
Cosechas de frutas y nueces
Ton/acre/año
1.3 – 2.5
Cosechas de campo e hileras
Ton/acre/año
1.5 – 4.5
Características de la Población. Se ha observado que las características de la población influyen sobre la cantidad desechos sólidos producidos. Por ejemplo las cantidades de desechos de patios producidos por habitante son considerablemente mayores en muchas de las zonas más prósperas que en otras partes de la ciudad. Alcance de las Operaciones de Recuperación y Recirculación La existencia de operaciones de recuperación y recirculación en una comunidad afecta, definitivamente, las cantidades de desechos recolectados. Si tales raciones afectan las cantidades producidas es otro asunto. No se puede hacer un planteamiento definitivo sobre este aspecto, mientras no se tenga más información disponible. Legislación. Quizás el factor más importante que afecta la producción de cierto tipo de desechos son las regulaciones locales, estadales y federales, relativas al uso y disposición
*
Adaptado de datos del Estado de California (3) NOTA: ton x 907.2 = Kg Lb x 0.4536 = Kg
de materiales específicos. Un ejemplo es la legislación que trata de los materiales para empaque y recipientes para bebidas. Actitudes Públicas. Ultimamente, como se anotó en la parte I, han ocurridos reducciones apreciables en las cantidades de desechos sólidos que son producidos cuando la gente desea cambiar a su propia voluntad sus hábitos y estilos de vi da para conservar los recursos nacionales y reducir las cargas económicas asociadas con el manejo de los desechos sólidos. 4.4.
DISCUSION DE TOPICOS Y PROBLEMAS 4.1.
En su primer posición como Ingeniero joven de la ciudad, su superior le ha encargado informar sobre las tasas de producción y la composición de los desechos sólidos para varias fuentes de su comunidad. ¿Cómo lo haría usted? Si estos datos se necesitan en 30 días y no tuviera tiempo de evaluar el efecto estacional, ¿cómo estimaría este factor?
4.2.
Obtenga datos sobre la distribución porcentual de componentes para desechos sólidos en su comunidad o una comunidad cercana. Como se comparan con los valores típicos de la Tabla 4.2. Explique cualquier diferencia grande. Si los valores de componentes individuales no están dentro de los rangos dados en la Tabla 4.2. explique por qué?
4.3.
Usando los datos reportados en la Tabla 4.6. determine la densidad de los desechos sólidos, como se descartan, de la ciudad de Davis, California, como se reportan en la Tabla 4.2.
4.4.
Deduzca una fórmula química aproximada para un desecho compuesto de los siguientes componentes, usando los datos dados en las Tablas 4.3. y 4.8.
Componente Desechos de alimentos Papel Cartón Plástico Textiles Caucho Cuero Desechos de jardín Madera
Por ciento en peso 15 35 7 5 3 3 2 20 10
4.5.
Estime el contenido de energía para un desecho, como se descarta, con la composición dada en el problema 4.4. Use los datos típicos dados en la Tabla 4.9. Cuál es el contenido de energía en base libre de humedad?
4.6.
Considere una casa que produce una cierta cantidad de desechos por día. De esta cantidad, botellas y envases representan 20 por ciento (en peso) y
son recirculados por la familia. Los desechos de papel (32 por ciento) son quemados en un incinerador en el patio interior. El resto de los desechos es puesto en un recipiente para la recolección. En un día dado se traen a casa 20 lb de artículos de consumo (comida, periódicos, revistas, etc.). La familia consume 7 lb de comida al día y almacena 4 lb de alimentos. Las revistas recibidas representan 5 por ciento de papel de desecho por día y no se botan. Dibuje un diagrama de flujo de materiales de este problema y calcule la cantidad de desechos sólidos que resultan para ser dispuestos durante este día. 4.7.
Los desechos residenciales y comerciales de una ciudad de 25.000 habitantes son recogidos los martes y sábados en la mañana. El volumen de desechos recogidos ha sido registrado durante un año y los datos se dan abajo. Prepare un histograma de frecuencia para cada día de recolección. Encuentre el promedio, modo, desviación estándar y el coeficiente de variación para cada distribución, Ver Apéndice C. Discuta brevemente la naturaleza de la distribución y su importancia.
4.8.
Cuáles conclusiones se pueden formular de los dibujos de la frecuencia (histogramas) de la producción de desechos sólidos?
4.9.
Dados los siguientes datos de producción diaria de desecho sólido para un período de 10 días, determine el tipo de distribución, promedio, desviación estándar y coeficiente de variación.
4.10. La forma de la curva de tasas de producción de un desecho sólido refleja la naturaleza de la instalación productora. De las curvas de frecuencia que se muestran en la Figura 4.3. ¿qué se puede deducir acerca de las instalaciones y operaciones de la actividad?
CUADRO PARA EL PROBLEMA 4.7. Tasa de Producción yd3/día de recolección
FRECUENCIA Martes
Sábado
900
0
0
900 – 1.000
0
0
1.000 – 1.100
4
1
1.100 – 1.200
9
3
1.200 – 1.300
14
4
1.300 – 1.400
11
9
1.400 – 1.500
7
11
1.500 – 1.600
4
10
1.600 – 1.700
2
7
1.700 – 1.800
0
4
1.800 – 1.900
1
2
1.900 – 2.000
0
1
800 –
CUADRO PARA EL PROBLEMA 4.9 Tasa de Producción
yd3/día
34
170
48
120
290
75
61
110
205
90
Fig. 4.3. Curvas de frecuencia de distribución para Tasas de producción de desecho sólido para Probl. 4.10. 4.11. Una de las primeras etapas, en la dirección de un estudio de manejo de desechos sólidos, es la identificación de los facto res que contribuyen a la producción de desechos sólidos, ahora y en el futuro. En forma general, enumere los factores que afectan la producción de desechos sólidos municipales, industriales y agrícolas en su país, y enumere aquellos que puedan afectar la producción en el futuro. 4.12. Describa las tendencias generales que usted esperaría en el futuro en la producción de los siguientes tipos de desechos en su comunidad: Desechos de alimentos, papel, plásticos, trapos, cueros y desechos de jardines. Qué efecto tendrán las técnicas mejoradas de información sobre su respuesta. 4.5.
REFERENCIAS
1.
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2.
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5.
MANEJO, ALMACENAMIENTO Y PROCESADO IN SITU
El manejo, almacenamiento y procesado de los desechos sólidos en la fuente, antes de ser recogidos es el segundo de seis elementos funcionales en el sistema de manejo de desechos sólidos. Debido a que este elemento puede tener un efecto importante sobre la salud pública, sobre elementos funcionales subsiguientes y sobre actitudes públicas relacionadas con la operación del sistema, es importante entender lo que comprende. Este capítulo incluye: 1) Una descripción breve de los aspectos estéticos y de salud y 2) discusiones detalladas de los métodos de manejo, almacenamiento y procesado y equipo de fuentes residenciales. Mientras las residencias y tipo de construcciones se pueden clasificar en varias formas, para el propósito es adecuada una clasificación basada en el número de pisos. Las tres clasificaciones más frecuentemente usadas y adoptadas en este texto son: poca altura, menos de cuatro pisos; altura media, de cuatro a siete pisos y altos, más de siete pisos (4). En la discusión del almacenamiento en la fuente, las construcciones residenciales de poca altura se subdividen en las siguientes categorías. viviendas separadas unifamiliares, unifamiliares unidas, como hileras o casas de poblaciones y multifamiliares, en las cuales son típicos los jardines de apartamentos. Se anota que el procesado en el sitio puede tener lugar en cualquier tiempo antes de la recolección (antes, durante o después de almacenado) y además, se discute de la forma en que sea apropiado a lo largo del capitulo. La discusión principal del procesado se presenta en la última sección del capitulo. Los desechos peligrosos se discuten por separado en el capitulo 11, debido a su importancia crítica y exigencias especial izadas. 5.1. SALUD PUBLICA Y ESTETICA Aunque los desechos sólidos residenciales representan una pequeñísima parte de los desechos totales producidos en los Estados Unidos (5 por ciento o menos), ellos son quizá los más importantes debido a que se producen en áreas con espacio limitado de almacenamiento; como resultado, pueden tener impactos apreciables de salud pública y estéticos. Los intereses de Salud Pública están relacionados principalmente a la infestación de áreas utilizadas para el almacenamiento de desechos sólidos con sabandijas e insectos que, frecuentemente, sirven como un depósito potencial de enfermedad. Hasta donde se sabe la medida más efectiva de control para ratas y moscas es el saneamiento apropiado. Típicamente, esto comprende el uso de recipientes con tapas ajustadas, el lavado periódico de los recipientes lo mismo que de las áreas de almacenamiento y la remoción periódica de materiales biodegradables (generalmente en menos de 8 días), lo cual es especialmente importante áreas con climas cálidos. En la Referencia 6 se puede encontrar una excelente descripción de las relaciones desechos sólidos - enfermedad.
Las consideraciones estéticas están relacionadas a la producción de olores y las condiciones desagradables a la vista que se pueden desarrollar cuando no se da atención adecuada al mantenimiento de condiciones sanitarias. La mayoría de los olores se puede controlar mediante el uso de recipientes con tapas ajustadas y manteniendo una frecuencia razonable de recolección. Si persisten los olores, se puede rociar el contenido del recipiente con un producto adecuado temporalmente. Para mantener condiciones estéticas, se debe fregar y lavar el recipiente periódicamente. 5.2. MANEJO EN EL ORIGEN O IN SITU El manejo en el origen se refiere a actividades asociadas con el manejo de los desechos sólidos hasta que son colocados en recipientes utilizados para su almacenamiento antes de la recolección. Dependiendo del tipo de servicio de recolección, también se puede necesitar manejo para remover los recipientes llenos hasta el sitio de recolección y para devolver los recipientes vacíos al lugar donde se colocan entre las recolecciones. Las personas responsables del manejo en la fuente y del equipo auxiliar y las instalaciones que normalmente se utilizan en las fuentes donde se producen los desechos, se enumeran en la Tabla 5.1. En la siguiente discusión se describen los métodos de manejo en el origen utilizados en fuentes residenciales y comerciales. Los métodos de manejo en otras fuentes son variantes de estos mismos métodos, pero no se discuten porque tienden a ser específicos para cada fuente. Residencial Debido a las diferencias importantes en las operaciones de manejo de desechos sólidos, para viviendas de poca altura y apartamentos de altura media y elevada, en la siguiente discusión se considera a cada una por separado. Edificaciones de Poca Altura. Como se muestra en la Tabla 5.1. los residentes u ocupantes de las edificaciones de poca altura son responsables de colocar los desechos sólidos, que son producidos y acumulados, en recipientes de almacenamiento que se han colocado en varios lugares dentro y alrededor de las edificaciones. Los t i pos de recipientes utilizados y su ubicación se describen en la siguiente sección sobre almacenamiento. Ahora se dispone de compactadores domiciliarios para reducir el volumen de los desechos a ser recolectados. En muchos lugares se usan carros de mano para transportar los recipientes al lugar de recolección. Apartamentos en Edificaciones de Altura Media y Altos. Los métodos de manejo en la mayoría de los edificios de apartamentos de altura media son similares a los que se utilizan en edificaciones de poca altura y edificios altos, o varias combinaciones de ambos. Los métodos varían dependiendo de la edad y localización de los edificios. En algunos de los edificios más antiguos de apartamentos de media altura, todavía es una práctica común para los ocupantes colocar recipientes frente a la entrada del apartamento y el recolector de los desechos los recoge en cada piso.
TABLA 5.1. EQUIPO TÍPICO UTILIZADO PARA EL MANEJO DE DESECHOS SÓLIDOS EN EL ORIGEN, POR FUENTES DE DESECHOS
Fuente
Personal Responsable
Equipo Auxiliar e Instalaciones
Residencial Poca altura
Residentes, ocupantes
Altura Media
Ocupantes, cuadrillas de mantenimiento de edificios, servicio de conserjería, administradores Ocupantes, cuadrillas de mantenimiento de edificios, servicio de conserjería Empleados, servicio de conserjería
Edificios Altos
Comercial
Industrial
Empleados, servicio de conserjería
Areas Libres
Propietarios, oficiales de parques Operadores de plantas
Lugares de Plantas de Tratamiento Agrícola
Propietarios, trabajadores
Compactadores en viviendas, pequeños carros de mano Conductos por gravedad, servicio de ascensores, carros de recolección, transportadores neumáticos Conductos por gravedad, servicio de ascensores, carros de recolección, transportes neumáticos Carros de recolección sobre ruedas o fijos, trenes de recipientes, sacos de tela, servicio de ascensores, transportadores, transportadores neumáticos Carros de recolección sobre ruedas o fijos, trenes de recipientes, sacos de tela, servicio de ascensores, transportadores Recipientes a prueba de vándalos Transportadores varios y otro equipo e instalaciones operadas a mano Varía con la conveniencia individual
En edificaciones altas de apartamentos (por encima de siete pisos). Los métodos más comunes de manejo de los desechos sólidos comprende uno o más de los siguientes pasos: 1) Los desechos son recogidos por personal de mantenimiento o porteros de los diferentes pisos y llevados al sótano o área de servicio; 2) los ocupantes; 3) los desechos, generalmente en bolsas, son colocados por los ocupantes en conductos verticales especialmente diseñados (generalmente circulares con aberturas localizadas en cada piso), Ver Figura 5.1. Donde se usan molinos de basura en las cocinas, los desechos de alimentos y otros materiales desmenuzables se muelen y descargan al sistema de recolección de aguas residuales. Los periódicos se pueden empacar y colocar para que sean recogidos por personal de recuperación de materiales o cuadrillas municipales, o pueden ser llevados por los ocupantes, empacados o sueltos, al área de servicio para recoger o disponer. Los objetos voluminosos generalmente son llevados al área de servicio por los ocupantes. Las cuadrillas de mantenimiento de los edificios son responsables de manejar o procesar los desechos acumulados en el área de servicio. Donde se utilizan equipos e instalaciones de procesado, como incineradores y compactadores, junto con conductos de desechos sólidos, el personal de mantenimiento del edificio es responsable de manejar el residuo del incinerador y/o los desechos comprimidos, lo mismo que otros materiales llevados a las áreas de servicio por los ocupantes. Los ductos para edificios de apartamentos se encuentran disponibles en diámetros de 12 a 36 pulgadas (30 a 90 cms.), el tamaño más común es de 24 pulgadas (60 cm) de diámetro. Todos los ductos disponibles se pueden dotar con puertas adecuadas de entrada, ya sean goznes laterales o de fondo, para instalación en los diferentes niveles de los pisos (4). Entre los muchos accesorios disponibles hay desvíos por sección en las estaciones de entrada, puertas de cierre completo, aspersores, sistemas de desinfección, aislamiento y ventiladores de techo. Se recomienda el uso de una unidad de desinfección y saneamiento debido a que, en general, se ha encontrado que la limpieza del ducto y la ausencia de olores dependen en gran parte de su uso (5). En el diseño de ductos para edificios altos, se deben considerar las variaciones en las tasas a las que son descargados los desechos sólidos. En la Figura 5.2. se muestran tasas típicas de descarga en apartamentos con ductos; en el dimensionamiento de ductos es coman suponer 1) que la densidad de los desechos sólidos es igual a 150 lb/yd3, 2) que todos los desechos diarios serán descargados en un período de 4 horas, 3) que entre 1 y 2 lb de desechos son producidos cada día por cada ocupante. En algunos de los desarrollos más recientes en edificios de apartamentos, se han usado sistemas subterráneos de transporte neumático junto con ductos individuales en cada edificio, Ver Figura 5.3. Los sistemas neumáticos subterráneos se han utilizado para transportar desechos, desde los puntos de descarga de los ductos en cada edificio, a un lugar central para almacenamiento en recipientes grandes para procesado en el origen: En esta aplicación se han utilizado sistemas de transporte a presión y al vacío.
Fig. 5.2. Variación típica en las tasas de descarga de desecho sólido para apartamentos altos con ductos. (8) . Comercial En la mayoría de los edificios de oficinas y comerciales los desechos que se acumulan en las oficinas individuales o lugares de trabajo, generalmente son recogidos en recipientes relativamente grandes montados sobre rodillos. Una vez llenos, estos recipientes se remueven por medio del ascensor de servicio, si hay alguno, y se vacían en: 1) Grandes recipientes de almacenamiento ó 2) se usan compactadores junto con los recipientes de almacenamiento ó 3) compactadores estacionarios que pueden comprimir el material en bloques o en recipientes especialmente diseñados, y 4) otro equipo de procesado. Debido a que muchos edificios grandes de oficinas y comerciales fueron diseñados sin provisión adecuada para almacenamiento, en el origen, de los desechos sólidos, el equipo, procesado y almacenamiento que se usa ahora es a menudo inadecuado y tiende a crear problemas de manejo. Un método común de manejo en tales situaciones es vaciar el contenido de los recipientes utilizados para recoger los desechos de las oficinas individuales en sacos de lona. Una vez que se ha cargado el saco de lona se atan por las esquinas y se llevan al sótano donde se amontonan hasta la recolección. Este método trabaja y se usa extensamente aunque no es especialmente atractivo desde el punto de vista de manejo de materiales. 5.3.
ALMACENAMIENTO EN EL ORIGEN O IN SITU
Los factores que se deben considerar en el almacenamiento en el origen de desechos sólidos incluyen: 1) el tipo de recipiente a ser usado, 2) la ubicación del recipiente, 3) la salud pública y la estética, y 4) los métodos de recolección a ser usados. Los dos primeros factores se describen en la siguiente discusión, los aspectos de salud pública y estética se
discutieron antes en este capítulo. En el capitulo 6 se discuten varios métodos de recolección y en las referencias 1 a 4 se pueden encontrar detalles adicionales. Recipientes Los tipos y las capacidades de los recipientes usados dependen, en gran parte, de las características de los desechos sólidos a ser recolectados, la frecuencia de la recolección, el espacio disponible para colocar los recipientes. En la Tabla 5.2. se resumen los tipos y capacidades de los recipientes comúnmente usados ahora para almacenamiento de desechos sólidos en el origen. En la Tabla 5.3. se reportan las aplicaciones y limitaciones típicas de los recipientes. Algunos de los tipos más comunes de recipientes se muestran en las Figuras 5.4 y 5.5. Edificaciones de Poca Altura. Debido a que los desechos sólidos son recogidos manualmente de la mayoría de los edificios residenciales separados, los recipientes deben ser suficientemente livianos para que sean manejados fácilmente por un recolector cuando estén llenos. El manejo de recipientes muy pesados ha resultado en lesiones para los recolectores; en general, el límite superior de peso debe estar entre 40 y 65 lb (18 y 30 Kg). El recipiente de metal galvanizado o plástico de 30 galones (113.6 lts) ha demostrado ser el medio menos costoso para almacenamiento en edificaciones de poca altura. La selección de los materiales del recipiente depende de las preferencias del propietario de la vivienda. Los recipientes de metal galvanizado tienden a ser ruidosos cuando se vacían y, con el tiempo, se pueden dañar de manera que no es posible taparlos con un sello adecuado. Algunos recipientes construidos de materiales plásticos, aunque menos ruidosos en el manejo, tienden a rajarse a la exposición a los rayos ultravioleta del sol y a temperaturas de congelación, pero los recipientes plásticos más costosos aparentemente no presentan estos problemas. Los recipientes temporales y desechables se usan comúnmente cuando hay servicio de recolección en la acera y el propietario es responsable de colocar los desechos acumulados sobre la acera para la recolección, Ver capítulo 6. Las bolsas de papel, cajas de cartón, recipientes y bolsas plásticas y las cajas de madera se usan rutinariamente como recipientes temporales y desechables. En condiciones normales, los recipientes temporales se remueven junto con los desechos. El problema principal en el uso de recipientes temporales es la dificultad en cargarlos; los recipientes de papel y cartón tienden a desintegrarse debido a la filtración de líquidos. En áreas extremadamente cálidas donde se usan bolsas plásticas desechables para recortes de prados, los recipientes plásticos frecuentemente se estiran o rompen en las uniones cuando el recolector levanta la bolsa llena; tal ruptura es potencialmente peligrosa y puede producir lesiones al recolector debido a la presencia de vidrio y objetos agudos o peligrosos en los desechos.
Fig. 5.3. Sistema neumático de transporte de desechos sólidos (sistemas AVAC, Inc.)
Fig. 5.4. Recipientes usados para almacenar desechos sólidos in situ en viviendas de poca altura
TABLA 5.2.
DATOS DE LOS TAMAÑOS Y TIPOS DE RECIPIENTES USADOS PARA ALMACENAMIENTO DE LOS DESECHOS SÓLIDOS
Unidad
CAPACIDAD Rango
Típico
PEQUEÑO Recipiente plástico o metal galvanizado gal. 20-40 30 Barril, plástico, aluminio o fibra gal. 20-65 30 Bolsas desechables de papel estándar gal. 20-55 30 Resistente a escapes gal. 20-55 30 A prueba de escapes gal. 20-55 30 Bolsas plásticas desechables RECIPIENTE MEDIANO yd3 1-10 4 RECIPIENTE GRANDE Abierto arriba con rodamientos (llamados yd3 12-50 ± también cajas de escombros) Usado con compactador estacionario yd3 20-40 ± 3 Equipado con mecanismo de compactación yd 20-40 ± incluido RECIPIENTE MONTADO EN TRAILER Abierto arriba yd3 20-50 ± 3 Cerrado, equipado con mecanismo de yd 20-40 ± compactación * D = Diámetro, H = Altura, W = ancho, d = profundidad + El tamaño varía con las características de los desechos y las condiciones locales del sitio NOTA: gal x 0.003785 = m3 pg x 2.54 = cm yd x 0.7646 = m3 pie x 0.3048 = m
Unidad pg pg pg pg pg
DIMENSIONES Típico
pg
20D x 26H (30 gal) 20D x 26H (30 gal) 15W x 12d x 43H (30 gal) como el anterior como el anterior 18W x 15d x 40H (30 gal) 72W x 42d x 65H (4 yd3)
pie
8W x 6H x 20L (35 yd3)
pie pie
8W x 6H x 18L (30 yd3) 8W x 8H x 22L (30 yd3)
pie pie
8W x 12H x 20L (35 yd3) 8W x 12H x 24L (35 yd3)
TABLA 5.3.
APLICACIONES Y LIMITACIONES TÍPICAS DE LOS RECIPIENTES USADOS PARA ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS SÓLIDOS EN EL ORIGEN APLICACIONES TÍPICAS LIMITACIONES
TIPO DE RECIPIENTE PEQUEÑO Recipiente, plástico o metal galv.
Bolsas de papel desechables
Bolsas de plástico desechables
Recipientes medianos
Recipientes grandes de tapa abierta Recipiente usado con compactador estacionario
Fuentes de desecho de muy poco volumen, como casas, sendas en parques, pequeños estanques y pequeños establecimientos comerciales aislados; áreas residenciales de poca altura con servicio de recolección asignado.
Los recipientes se dañan con el tiempo y se degradan en apariencia y capacidad; los recipientes aumentan el peso que se debe levantar durante las operaciones de recolección; los recipientes no son suficientemente grandes para contener desechos voluminosos. Casas individuales con servicio de recolección; se El almacenamiento en las bolsas es más costoso; pueden usar solas o como forro interior de un recipiente si las bolsas se colocan sobre las aceras, los perros doméstico; áreas residenciales de altura baja y media. y otros animales las rompen y esparcen su contenido, las bolsas mismas aumentan los desechos. Casas individuales con servicio de recolección, se El almacenamiento en las bolsas es más costoso; pueden usar solas o como forro interior de un recipiente; las bolsas se desgarran fácilmente produciendo para climas fríos, las bolsas son útiles para guardar dispersión y condiciones desagradables, las bolsas basura húmeda dentro de recipientes domésticos lo se vuelven quebradizas en climas muy fríos, se mismo que en recipientes comerciales; áreas comerciales producen roturas, el poco peso y la durabilidad e industriales. del plástico crea problemas posteriores de disposición. Fuentes de desechos de volumen medio que también La nieve dentro de los recipientes forma hielo y disminuye la capacidad mientras aumenta el peso; pudieran tener desechos voluminosos; la ubicación se debe seleccionar para la recolección, proceso directo de es difícil alcanzar a los recipientes después de camiones, áreas residenciales de alta densidad, áreas nevadas fuertes. comerciales e industriales. Areas comerciales de gran volumen, desechos El costo inicial es alto, la nieve dentro de los voluminosos en áreas industriales: la ubicación debe recipientes reduce su capacidad. estar en un área cubierta con acceso directo de camiones. Areas comerciales con volúmenes muy altos de El costo inicial es alto, si se compacta demasiado desechos, la ubicación debe ser fuera de las edificaciones el recipiente es difícil descargarlo en el lugar de con acceso directo de los camiones de recolección. disposición.
(a)
(b)
Fig. 5.5. Recipientes usados para almacenamiento de desechos sólidos en el origen; en apartamentos e instalaciones comerciales: a) apartamentos de poca altura, b) establecimientos comerciales
Con disponibilidad abundante de productos de papel y plásticos, ahora es común el uso de forros en los recipientes; todos los tipos de espesores y grados de materiales son disponibles. Nuevamente, en la mayoría de las áreas, se ha dejado al proletario decidir que tipo de forro a usar, si lo hace. Una desventaja del uso de forros es la de si se van a recuperar desechos, metales o vidrio, o si van a ser incinerados, es necesario romper las bolsas en una etapa de procesado; así, aunque su uso puede ser una conveniencia para el propietario de la casa, los forros pueden no ser ideales desde el punto de vista de recuperación y recirculación. En complejos de apartamentos de poca altura, se han usado un número de diferentes recipientes de almacenamiento. Los dos tipos más comunes son: 1) recipientes individuales de plástico o metal galvanizado y 2) recipientes grandes portátiles o fijos. Donde los edificios de apartamentos están agrupados unos cerca de otros, se asignan recipientes a edificios individuales y con frecuencia se ubican en un área común. Aunque los recipientes individuales son usados en algunas edificaciones de apartamentos de poca altura, la práctica más común es utilizar uno o más recipientes grandes para un grupo de edificios. Típicamente, los recipientes permanecen en áreas cerradas con acceso fácil a una calle cercana. Con frecuencia, se cubren los sitios para los recipientes; en la mayoría de los lugares los recipientes están equipados con asideras o rodamientos de manera que se puedan mover fácilmente para ser vaciados en los vehículos de recolección o en el equipo de procesado en el origen. Edificios de Apartamentos de Altura Media y Altos. Donde se dispone de ductos para desechos sólidos, no se usan recipientes separados para almacenamiento. En algunos edificios antiguos de apartamentos de mediana altura y altos sin ductos, los desechos se almacenan en recipientes en los predios entre recolecciones .Los medios más comunes de almacenamiento, utilizados para desechos acumulados de apartamentos individuales, Incluyen: 1) recipientes grandes abiertos arriba: 2) recipientes cerrados de almacenamiento o bolsas desechables usadas junto con compactadores estacionarios, 3) recipientes equipados con un mecanismo interno de compactación y 4) recipientes especiales usados junto con equipo de procesado. Comercial. Las técnicas de almacenamiento utilizadas en instalaciones comerciales dependen, en gran parte, de los métodos internos utilizados para recolectar los desechos producidos en varios lugares dentro de la instalación y e espacio disponible, Ver Figura 5.5. Normalmente se usan recipientes grandes abiertos en el tope. El uso de recipientes equipados con mecanismos de compactación junto con compactadores estacionarios está aumentando donde se produce una cantidad considerable de material recuperable; también se puede usar equipo especial de procesado en el origen. Ubicación de los Recipientes Los recipientes usados en viviendas separadas, de poca altura, generalmente se colocan entre recolecciones. 1) a los lados o detrás de la casa, 2) en caminos cuando la recolección se hace en los caminos, 3) en el garaje o donde se disponga alguna ubicación común destinada específicamente para ese propósito. Aunque se han utilizado canecas sobre el
suelo, no se recomiendan. Cuando dos o más viviendas están cerca una de otra, se puede construir una placa de concreto en algún lugar conveniente entre ambas. La loza puede estar abierta o encerrada por un corral de madera, se pueden desarrollar condiciones antihigiénicas en las placas con corral a menos que se supervisen cuidadosamente. La ubicación de los recipientes en instalaciones comerciales e industriales existentes depende tanto de la ubicación del espacio disponible como de las condiciones de acceso del servicio. En muchos de los últimos diseños se han incluido áreas especificas para este propósito. Con frecuencia, debido a que los recipientes no son propiedad de la actividad comercial o industrial, las ubicaciones y tipos de recipientes a ser usados para el almacenamiento en el origen debe ser escogido, de común acuerdo, entre el propietario de la construcción y la agencia pública o privada de recolección. 5.4.
PROCESADO DE DESECHOS SÓLIDOS EN EL ORIGEN O IN SITU
La trituración, separación, compactación, fragmentación, digestión controlada y formación de pulpa son todos métodos usados de procesado en el origen para: 1) reducir el volumen, 2) alterar la forma física, o 3) recuperar materiales utilizables de los desechos sólidos. En la Tabla 5.4. se enumeran operaciones típicas de procesado en el origen e instalaciones por fuentes. En esta sección se discute el procesado como se aplica a fuentes residenciales y a grandes fuentes comerciales e industriales; en el capítulo 8 se pueden encontrar detalles de equipo y procesos adicionales, debido a que la selección adecuada del equipo de procesado en el origen es de gran importancia, sin embargo, los factores claves que se deben considerar en su selección se resumen en la Tabla 5.5. Viviendas de Poca Altura Las operaciones más comunes de procesado en el origen que se utilizan en viviendas separadas de poca altura incluyen molido, separación, fermentación controlada e incineración. Molido. En los últimos 20 años el uso de molinos residenciales ha ganado tanta aceptación que, en algunas áreas, casi todas las casas están equipadas con ellos. Los molinos residenciales se utilizan principalmente para desechos de la preparación, cocción y servida de alimentos y no se pueden usar para huesos grandes y otros objetos voluminosos. Funcionalmente, los molinos vuelven el material que pasa por ellos adecuado para ser transportado en el sistema de alcantarillado. Debido a que el material orgánico agregado a las aguas residuales ha resultado en la sobrecarga de muchas instalaciones de tratamiento, ha sido necesario, en algunas comunidades, prohibir la instalación de molinos en nuevas urbanizaciones hasta tanto no se disponga de capacidad adicional de tratamiento.
TABLA 5.4. OPERACIONES TÍPICAS E INSTALACIONES UTILIZADAS PARA EL PROCESADO DE DESECHOS SÓLIDOS POR ORÍGENES O FUENTES Fuente Residencial Poca altura
Personas Responsables Residentes, ocupantes
Altura media y Ocupantes alta Cuadrillas de mantenimiento
Industrial
Servicio de Conserjería
Areas libres
Propietarios, operadores de parques Operadores de plantas
Plantas de tratamiento Agricultura
Propietario, trabajadores
Operaciones e Instalaciones Triturado, separación, compactación, digestión controlada, incineración Triturada, separación (papel) compactación Compactación, incineración, fragmentación, incineración formación de pulpa. Separación, compactación, fragmentación, incineración, formación de pulpa. Compactación, incineración. Instalaciones de secado Varía con la instalación individual.
En términos de la operación de recolección, el uso de molinos no tiene un impacto importante sobre el volumen de los desechos sólidos recolectados; todavía más, la diferencia de peso no es grande. En algunos casos donde se usan molinos, ha sido posible aumentar el tiempo entre recolecciones debido a que no se almacenan los desechos que se pudieran descomponer rápidamente. Separación. La separación a mano de papel, latas de aluminio y vidrio, en la casa, es una de las maneras más positivas para realizar la recuperación y reuso de materiales. Una vez apartado el desecho en recipientes separados, el mayor problema que afronta el dueño de casa es el qué hacer con los desechos hasta que sean recolectados o llevados a un centro local de reuso. En el ejemplo 5.1. se considera el efecto de la recuperación en la casa. Ejemplo 5.1. Efecto de la recuperación en la casa sobre el contenido de energía de los desechos sólidos. Utilizando la distribución típica de porcentajes dados en la Tabla 4.2.,(Capítulo 4), estime el número de Btu por libra de desecho sólido remanente si el 90% del cartón y 60% del papel fueran recuperados por las amas de casa.
TABLA 5.5.
FACTOR Idoneidad
FACTORES QUE SE DEBIERAN CONSIDERAR EN LA EVALUACIÓN DE EQUIPO DE PROCESADO EN EL ORIGEN
EVALUACIÓN ¿Qué hará el mecanismo o accesorio? ¿Será su uso una mejora sobre las prácticas convencionales? Confiabilidad ¿Realizará el equipo las funciones designadas con poca atención además del mantenimiento? ¿Ha sido demostrada la efectividad del equipo mediante el uso durante un tiempo razonable o únicamente se ha predicho? Servicio ¿Se necesitarán ocasionalmente servicios fuera de los del personal de mantenimiento del edificio? ¿Se dispone de personal de servicio adecuadamente entrenado, suministrado por el fabricante o el distribuidor local? Seguridad de la ¿El equipo propuesto es razonablemente seguro de manera que pueda Operación ser operado por los ocupantes o personal del edificio con escasos conocimientos o habilidades mecánicas? ¿Tiene protección adecuada para desaprobar el uso negligente? Facilidad de la ¿Es el equipo fácil de operar por un ocupante o personal del edificio? A Operación menos que las funciones y operaciones reales del equipo se puedan ejecutar fácilmente, se pueden ignorar o “ejecutar” por personal pagado y más a menudo por ocupantes “que pagan”. Eficiencia ¿El equipo funciona eficientemente y con un mínimo de atención? Se debe seleccionar el equipo que, bajo la mayoría de las condiciones, completa un ciclo de operación cada vez que se utiliza. Efectos El equipo poluye o contamina el ambiente. Donde sea posible, el Ambientales equipo debe reducir la polución asociada con las funciones convencionales. Peligros para la ¿El accesorio, mecanismo o equipo crea o amplifica los riesgos para la salud salud? Estética ¿El equipo y su disposición ofende los sentidos? Se debe hacer todo esfuerzo para reducir o eliminar ofensas a la vista, olores y ruidos. Economía ¿Cuáles son los aspectos económicos contemplados? Se deben considerar los costos iniciales y anuales. Los costos futuros de operación y mantenimiento se deben evaluar cuidadosamente. Siendo todos los factores iguales, el equipo producido por compañías bien establecidas, que tienen una historia comprobada de operación satisfactoria, deben ser considerados. * Adaptado de Ref. 4
Solución 1.
De la Tabla 4.10 el contenido de energía total de 100 lb de desechos con la composición dada en la Tabla 4.2. es igual a 476.230 Btu.
2.
Determine el contenido de energía y el peso de 90% de cartón en la muestra original. Contenido de energía, 90% de cartón = 0.90 (28.000 Btu), vea Tabla 4.10 = 25.200 Btu. Peso de 90% de cartón = 0.90 (4 lb), vea Tabla 4.10 = 3,6 lb
3.
Determine el contenido de energía y peso de 60% de papel en la muestra original. Contenido de energía, 60% de papel = 0.60 (288.000 Btu), vea Tabla 4.10 = 172.800 Btu Peso, 60% de papel = 0.60 (40 lb), vea Tabla 4.10 = 24 lb.
4.
Determine el contenido total de energía, peso y contenido de energía por libra de muestra original después de haber recuperado el cartón y el papel. Energía total después de la recuperación (476.230 - 25.200 - 172.800) Btu = 278.230 Btu Peso total después de la recuperación = (100 - 3.6 - 24) lb = 72.4 lb Contenido de energía por libra después de la recuperación = 278.230 Btu = 3.843 Btu/lb (8.939 Kj/Kg) vs 4.762 Btu/lb 72.4 (11.076 Kj/kg) en la muestra original
Comentario. En esta muestra, la remoción en peso de aproximadamente 28% de los desechos, redujo el contenido de energía por libra de muestra original en aproximadamente
el 20%. Si se fueran a incinerar los desechos sólidos para convertirlos en energía, se hubiera tenido que evaluar la factibilidad económica de operación de recuperación para determinar si es efectiva en costo. Compactación. En los últimos años han aparecido en el mercado un número de pequeños compactadores para uso en la casa. Los fabricantes reclaman para estas unidades, en términos de compactación una relación generalmente basada en la compactación de papel y cartón sueltos. Aunque es posible reducir el volumen original de los desechos colocados en ellos en un 70%, se pueden usar únicamente para una pequeña proporción de los desechos realmente producidos. El efecto del uso de compactadores domésticos sobre el volumen de los desechos recogidos, se ilustra en el ejemplo 5.2. El uso de compactadores domésticos también puede ser improductivo desde el punto de vista de operaciones subsiguientes de procesado. Por ejemplo, si se van a separar los desechos mecánicamente en sus componentes, Ver Capítulo 8. Habrá que romper nuevamente los desechos compactados antes de separarlos. También por compactación, los desechos se pueden volver tan saturados con los líquidos presentes en los desechos de alimentos, pudiendo no ser factible la recuperación de papel y otros componentes. Ejemplo 5.2. Efecto de compactadores domésticos sobre el volumen de los desechos sólidos recolectados. Suponga que las unidades de compactación doméstica van a ser instaladas en Davis, California. Estime la reducción del volumen que se podría alcanzar en los desechos sólidos recolectados si la densidad compactada es igual a 20 lb/pie3 y son aplicables los datos en las Tablas 4.2 y 4.6. Solución 1.
Construya una tabla de cálculos, ver Tabla 5.6, para determinar el volumen de los desechos como sales de los recipientes, utilizando datos en las Tablas 4.2 y 4.6.
2.
Determine el volumen de desechos compactados, excluyendo recortes de jardín, madera, metales ferrosos y tierra, cenizas, ladrillos, etc. Volumen compactado
3.
= (100 – 14.3 – 3.5 – 4.3 - 1.1) lb 20 lb/pie3 = 76.8 lb__ = 3.8 pie3 10 lb/pie2
Determine la reducción en volumen para el material comprensible. Reducción en volumen = (12.4 - 3.8) pie3 x 100 = 69 por ciento 12.4 pie3
4.
Determine la reducción total en volumen lograda con un compactador doméstico, tomando en cuenta los recortes de jardín, madera, metales ferrosos, tierra, cenizas y ladrillo, etc. Reducción total de volumen = (15.09) pie - (2.2 + 0.23 + 0.22 + 0.04 + 3.8) pie3 . 100 15.09 pie3 = 15.09 - 6.49 .100 15.09 = 57 por ciento
Comentario. Cuando se evalúa la reducción total en volumen, se vuelve manifiesto que la efectividad de un compactador doméstico es menor. Esto es especialmente cierto a medida que los porcentajes de los componentes no compactados como los recortes de jardín, aumentan. Fermentación controlada. En los años 1970 la fermentación controlada en las casas como medio de recirculación de materiales orgánicos creció en popularidad. Es una manera efectiva de reducir el volumen y alterar la composición física de los desechos sólidos mientras se fabrica un subproducto útil al mismo tiempo. Se utiliza una variedad de métodos, dependiendo del espacio disponible y de los desechos a ser fermentados. En el capítulo 9 se pueden encontrar detalles adicionales del proceso. En términos del total de problemas afrontados en el manejo de desechos, por la mayoría de las ciudades, el impacto de la fermentación controlada en casas sobre el volumen de los desechos sólidos a ser manejados es despreciable. Incineración. Hasta hace poco era una práctica común la incineración en casas, quema de material combustible en chimeneas y quema de desechos en incineradores en los patios. La incineración en los patios ahora es prohibida en muchas partes del país. El efecto de la eliminación de la quema de desechos en patios sobre la cantidad de desechos recolectados se muestra en la Figura 5.6. sin embargo, la magnitud del efecto variará significativamente con el lugar. Sin embargo, el diseño de pequeños incineradores a la intemperie y bajo techo ha mejorado. El incinerador más simple a la intemperie consiste en un tambor de metal con huecos perforados cerca del fondo. Las unidades más elaboradas están cubiertas por ladrillo refractario y están equipadas con parrillas de hierro fundido y pequeñas chimeneas. Algunos incineradores bajo techo (interiores) están provistos con una fuente auxiliar de combustible. La apariencia del mejor incinerador de interior es parecida a la de otros artefactos caseros, como calentadores de agua. En las referencias 1 y 2 se pueden encontrar detalles adicionales de incineradores domésticos.
TABLA 5.6. DETERMINACIÓN DE VOLUMEN PARA DESECHOS SÓLIDOS COMO SON SACADOS DE LOS RECIPIENTES PARA EL EJEMPLO 5.2. Componente Desechos de alimentos
Peso lb 9.5
Densidad lb/pie3 18
Volumen Pie3 0.53
Papel
43.1
5.1
8.45
Cartón
6.5
6.2*
1.05
Plásticos
1.8
4
0.45
Textiles
0.2
4
0.05
Caucho
-
8
-
1.5
10
0.15
Recortes de jardín
14.3+
6.5
(2.20)
Madera
3.5+
15
(0.23)
Vidrio
7.5
12.1
0.62
Envases de hojalata
5.2
5.5
0.95
Metales no ferrosos
1.5
10
0.15
Metales ferrosos
4.3+
20
(0.22)
Tierra, ceniza, ladrillo, etc.
1.1+
30
(0.04)
Cuero
100
15.09 12.40++
*
Cartón parcialmente comprimido a mano antes de ser colocado en el recipiente. Componentes que generalmente no son colocados en los compactadores de casas. ++ Total no incluye las cifras entre paréntesis. +
NOTA:
lb x 0.4536 = Kg lb/pie3 x 16.019 = Kg/m3 pie3 x 0.02633 = m3
El impacto del uso de incineradores domésticos sobre la disposición varía, dependiendo de los métodos usados para la disposición de desechos municipales sólidos. En el caso de la incineración municipal, el uso generalizado de incineradores domésticos puede necesitar del uso de combustibles auxiliares, diseños especiales o procedimientos de la operación (1). En el caso de la disposición sobre el suelo, el uso de incineradores domésticos puede reducir tanto los componentes putrescibles como el volumen total de los desechos sólidos a ser dispuestos. Apartamentos de media y gran altura Las operaciones de procesado utilizadas en edificios de apartamentos de media y gran altura para desechos acumulados de apartamentos individuales incluyen compactación, incineración, trituración y reducción a pulpa, lo mismo que molienda y separación como se describe para viviendas de poca altura. En la Referencia 3 se revisan otras instalaciones de manejo. Los detalles mecánicos de estas operaciones se pueden encontrar en el Capítulo 8.
Fig. 5.6. Efecto de la eliminación de quema de desechos en patios, sobre la cantidad de desechos sólidos recolectados (División de Manejo de Desechos Sólidos, Sacramento County, Sacramento, California. Datos con base en 85.000 cuentas) Compactación. En grandes edificios de apartamentos, generalmente, se instalan unidades de compactación para reducir el volumen de los desechos sólidos que se deben manejar. Normalmente, un compactador se instala en la base del ducto de desechos sólidos, Ver Figura 5.7. Los desechos que caen por el ducto activan el compactador mediante células fotoeléctricas o interruptores de límite. Una vez son activados los interruptores, los desechos son comprimidos. Dependiendo del diseño del compactador los desechos comprimidos pueden ser entregados en paquetes o arrojados y cargados automáticamente en recipientes de metal o bolsas de papel. Cuando se ha formado un paquete o se ha llenado un recipiente o bolsa, el compactador se desconecta automáticamente y se enciende una luz de prevención. Entonces, el operador debe atar y remover el paquete del compactador, o remover la bolsa llena y reemplazarla por una bolsa vacía. En algunas aplicaciones se puede garantizar el uso del equipo completamente automático. En el dimensionamiento de
equipo de compactación para usar junto con ductos de desechos sólidos en apartamentos, es común usar las mismas suposiciones utilizadas en el dimensionamiento de los ductos, como se discutió previamente.
Fig. 5.7. Instalación de Compactador alimentado por ducto usado para apartamentos.
Mientras el empleo de compactadores reduce el volumen total de los desechos a ser manejados, se debe recordar que el peso permanece igual. Normalmente, el volumen compactado variará de 20 a 60 por ciento o menos del volumen original. Los desechos sólidos compactados son aceptables donde la disposición es mediante relleno del suelo. Donde se usan incineradores, los desechos compactados deben desintegrarse para evitar la combustión retardada en el hogar y grandes pérdidas de materiales combustibles sin quemar. Es imposible recuperar componentes individuales de los desechos compactados a menos que los desechos sean separados previamente. Se deben considerar todos estos factores cuando se está evaluando el uso de compactadores en el origen. Incineración. La incineración puede alcanzar una reducción considerable en las necesidades de manejo y almacenamiento en la fuente lo mismo que en las instalaciones de recolección y disposición, al reducir el volumen al 10 por ciento o menos y al 25 por ciento o menos del peso de los desechos cargados en el incinerador. Se usan dos tipos de incineradores, dependiendo del método de cargarlos: alimentado por la chimenea y alimentado por ductos. En el tipo alimentado por la chimenea los desechos se cargan directamente a través de puertas en cada piso en el tubo refractario, el fondo del cual abre directamente encima del hogar de la cámara de combustión, Ver Figura 5.8. En el tipo alimentado por ductos, los desechos se cargan a través de puertas de tolvas sobre cada piso, en un ducto de metal y se recogen en una tolva en el sótano. Los desechos se transfieren entonces manual o mecánicamente, al hogar. Trituración y Reducción a Pulpa. La trituración y reducción a pulpa son operaciones alternas de procesado que han sido utilizadas junto con los métodos anteriores y solas, para reducir el volumen de los desechos que se deben manejar. Donde se usa la trituración sola sin la adición de agua, se ha observado que el volumen de los desechos con frecuencia aumenta. En la Figura 5.9. se muestra un sistema pulverizador típico. Los desechos de varios pisos son arrojados en un dueto que descarga en un tanque para pulpa. En el tanque para pulpa, se agrega agua y mantiene a un nivel apropiado. Los desechos son triturados en una pulpa por los dientes en el plato impulsador localizado en el fondo del tanque para pulpa. Los componentes que se no pueden convertir en pulpa, como metales y vidrio, se descargan en una cámara de recolección después de ser reducidos en tamaño. La pulpa semilíquida pasa a través de un anillo de clasificación, donde no se permite el paso de materiales, de mayor tamaño, fuera del pulpador. La pulpa semilíquida se descarga entonces a la prensa de secado donde es recogida por un tornillo helicoidal en un espacio perforado. A medida que el material es movido hacia arriba por el tornillo, se extrae el agua y la pulpa medio seca es descargada en un recipiente. El agua extraída es devuelta al tanque para pulpa (8). El exceso de agua contiene alguna pulpa residual y es descargada al sistema de recolección de aguas residuales.
Fig. 5.8. Incinerador de chimenea única con lavador o techo precipitador (Adaptado de Referencia 7). Aunque el sistema trabaja bien, y se reduce el volumen de desechos sólidos, es costoso. Se puede necesitar equipo especial para remover y vaciar los recipientes llenos de pulpa. Una alternativa es descargar el material de la pulpa en el alcantarillado local; esto se hace a menudo en pequeñas operaciones donde se usa un pulpador para destruir documentos confidenciales anticuados. Debido a que la descarga de material de pulpa aumenta la carga orgánica sobre instalaciones locales de tratamiento, si la capacidad de tratamiento es limitada puede ser restringido el uso de pulverizadores. Instalaciones Comercio- Industriales Para la mayoría de los casos, las operaciones de procesado en el origen ejecutadas en instalaciones Comercio- Industriales son parecidas a las descritas para fuentes residenciales. Las diferencias ocurren principalmente en instalaciones industriales. Debido
a que la mayoría de los procesos tienden a ser específicos de la industria, no se ha hecho el intento de documentar los distintos procesos que han sido usados. En el capítulo 8 se discuten métodos adicionales de procesado aplicables a grandes industrias.
Fig. 5.9. Pulverizador de desecho sólido para usos en complejos de apartamentos (AMSCO- WASCON System, Inc.) 5.
TEMAS DE DISCUSIÓN Y PROBLEMAS 5.1.
Haga un recorrido alrededor de su (barrio) comunidad y haga una breve observación de los diferentes tipos de recipientes sólidos usados ahora.
5.2.
Obtenga una distribución de los componentes de los desechos sólidos producidos en su (barrio) comunidad y determine la reducción en porcentaje que se podría alcanzar si se instalaran compactadores domésticos. Crea que la densidad de los desechos compactados es de 20 lb/pie3, compare su respuesta con aquella del ejemplo 5.2.
5.3.
El molino de la cocina de una vivienda unifamiliar se ha roto. Suponga que tomará una semana reparar la unidad, y estime el aumento en volumen y peso de los desechos sólidos a ser recolectados. Imagine que la familia tiene cuatro miembros y que la frecuencia de la recolección es de una vez por semana.
5.4.
Crea que las cantidades diarias de desechos sólidos producidos en una instalación comercial se distribuyen normalmente, Ver Apéndice C, con un valor medio de 10 yd3 y una desviación estándar de 7 yd3. ¿Cuál sería el tamaño del recipiente que usted recomendaría para esta instalación?. ¿Cuáles son las concesiones importantes en la selección del tamaño del recipiente?.
5.5.
Usando datos presentados en la Figura 5.2. estime el tamaño del recipiente a ser usado con un ducto por gravedad para un edificio de apartamentos de 24 pisos con 192 unidades individuales de vivienda, si el recipiente va a ser vaciado a diario. Crea que cada unidad de vivienda es ocupada por 3.2. personas.
5.6.
¿Cuál desplazamiento de volumen del compactador (Ej. Capacidad) expresado en términos de yardas cúbicas por hora, recomendaría usted para ser usado en el edificio de apartamentos de 24 pisos del problema 5.5?
5.7.
Como ingeniero consultor, usted ha sido comisionado para desarrollar un sistema integrado de desechos sólidos para una comunidad interesada en obtener una mayor recuperación y reuso de sus desechos sólidos. Dos de las posibles alternativas son separación en la vivienda o separación en el lugar de disposición. ¿Cuáles son los factores importantes que se deben considerar en la evaluación de estas dos alternativas?
5.8.
Enumere las ventajas y desventajas asociadas con la separación de desechos sólidos en la vivienda e idee un esquema práctico de separación de papel, latas de aluminio y vidrio de colores en las viviendas. Sugiera y discuta cualquier posible problema de implementación de su plan.
5.6.
REFERENCIAS
1.
American Public Works Association: "Municipal Refuse Disposal," 3d ed., Public Administration Service, Chicago, 1970.
2.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: "Solid Waste Collection Practice," 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
3.
Connelly, J.A. (ed.): Abstracts: Selected Patents on Refuse Handling Facilities for Buildings, U.S. Department of Health. Education, and Welfare, Public Health Service, Publication 1793, Cincinnati, Ohio, 1968.
4.
Greenleaf/ Telesca. Planners. Engineers, and Architects: Solid Waste Management in Residential Complexes, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW35c. Washington, D.C. 1971.
5.
Guidelines for Local Governments on Solid Waste Management, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-17c. Washington, D.C., 1971.
6.
Hanks, T. G.: Solid Waste/Disease Relationships, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Solid Wastes Program, Publication SW-1C, Cincinnati, Ohio, 1967.
7.
Meissner. H.G.: B. Multiple Dwellings, in R.C. Corey (ed.), "Principles and Practices of Incineration," Wiley- Interscience, New York, 1969.
8.
Solid Waste Management in High- Rise Dwellings, A Consideration, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-27cl, Washington, D.C. 1972.
6.
RECOLECCION DE DESECHOS SÓLIDOS
La recolección de desechos sólidos en áreas urbanas es difícil y compleja debido a que la producción de desechos sólidos residenciales, comerciales e industriales es un proceso disperso que tiene lugar en cada casa, cada edificio, apartamento y cada instalación comercial e industrial, lo mismo que en las calles, parques y aún áreas libres de cada comunidad. El rápido desarrollo de suburbios en todo el país ha complicado más la tarea de recolección. A medida que los patrones de producción se vuelven más dispersos, la cantidad total de desechos aumenta, los problemas logísticos asociados con la recolección se hacen más complejos. Aunque estos problemas siempre han existido en algún grado, ahora se han vuelto más críticos debido al costo elevado de los combustibles y la mano de obra. De la cantidad total de dinero gastado en la recolección, transporte y disposición de los desechos sólidos en 1975, se gastó aproximadamente del 60 a 80% en la recolección. Este hecho es importante debido a que un pequeño porcentaje de mejora en la recolección puede significar un ahorro apreciable en el costo total. En vista de su importancia, la operación de recolección se discute en detalle en este capítulo. La información se presenta en cinco partes: 1) el tipo de servicios de recolección que se presta, 2) los tipos de sistemas de recolección y algún equipo que se utiliza ahora, lo mismo que las necesidades de mano de obra, 3) un análisis de los sistemas de recolección, incluyendo las relaciones componentes que se pueden usar para cuantificar las operaciones de recolección, 4) la metodología general que comprende la fijación de rutas de recolección y 5) algunas de las técnicas más avanzadas de análisis que se pueden usar para evaluar las operaciones de recolección. 6.1.
SERVICIOS DE RECOLECCIÓN
El término recolección, como se anotó en el capítulo 2, incluyendo no sólo la recogida de los desechos sólidos de las diferentes fuentes, sino también el acarreo de estos desechos al lugar donde se vacía el contenido de los vehículos de recolección. El descargue del vehículo de recolección también es considerado como parte de la operación de recolección. Mientras las actividades asociadas con el acarreo y el descargue son parecidas para casi todos los sistemas de recolección, la recogida o alzada de los desechos variará con las características de las instalaciones, actividades o lugares donde se producen los desechos, Ver Tabla 4.1., y las maneras y medios usados para el almacenamiento en el origen, de los desechos acumulados entre las recolecciones. En esta sección se describen los diferentes tipos de servicios de recolección usados ahora para fuentes residenciales y comercio- industriales. Las otras fuentes consideradas en la Tabla 4.1. no se discuten por separado debido a que los servicios de recolección para ellos son específicos para el sitio y, en la mayor parte, son variantes de los usados para fuentes residenciales y comercio- industriales.
Servicio de Recolección Residencial El servicio de recolección residencial varía dependiendo del tipo de unidad de vivienda. Se consideran una por una las recolecciones para edificaciones separadas de poca altura y la recolección para edificios de apartamentos de media y gran altura. Edificaciones Separadas de Poca Altura. El tipo más común de servicios residenciales utilizados en varias partes del país para edificaciones separadas de poca altura incluye: 1) acera, 2) callejuela, 3) lateral y restitución, 4) lateral y 5) acarreo desde el patio. En la Tabla 6.1. se comparan las características de estos servicios y se pueden encontrar detalles adicionales en las Referencias 1 y 2. Donde se utiliza el servicio en la acera, el residente de la vivienda es responsable de colocar los recipientes a ser vaciados en la acera el día de la recolección y devolver los recipientes vacíos a su lugar de almacenamiento hasta la siguiente recolección. Donde las callejuelas son el esquema básico de una ciudad o un área dada, es común el uso de recipientes de almacenamiento en las callejuelas. En el servicio lateral y restitución, los recipientes se colocan en la propiedad y son devueltos después de ser vaciados por cuadrillas adicionales que trabajan junto con la cuadrilla responsable de cargar el vehículos recolección. El servicio lateral es esencialmente lo mismo que el servicio lateral y restitución, sólo que el residente es responsable de devolver los recipientes a su lugar de almacenamiento. En el servicio de acarreo desde el patio la cuadrilla de recolección es responsable de entrar a la propiedad y remover los desechos de su lugar de almacenamiento. Los métodos de cargue de los vehículos de recolección se pueden clasificar como manuales y mecánicos. Los métodos comúnmente usados para desechos residenciales incluyen: 1) el levantamiento y acarreo directo de recipientes, 2)el traslado de recipientes sobre ruedas, 3) el uso de pequeños elevadores para transportar los recipientes al vehículo de recolección y 4) el uso de grandes recipientes, a los que se hace referencia como recipientes de “Acarreo” o recipientes de lona (a menudo llamados encerados) en los que vacían los desechos de pequeños recipientes antes de ser llevados, Ver Figura 6.1., o transportados al vehículo de recolección. Donde se utilizan vehículos de recolección con altura de cargue baja, los desechos se transfieren directamente de los recipientes en que se almacenan o acarrean al vehículo de recolección por la cuadrilla de recolección, Ver Figura 6.2. En algunos casos donde se utilizan camiones abiertos, miembros del grupo instalados sobre el camión levantan el recipiente lleno al camión con la ayuda de los recolectores en el suelo, vacían el recipiente y los devuelven a los recolectores. En otros casos, los vehículos de recolección vienen equipados con recipientes auxiliares donde se descargan los desechos. Los recipientes auxiliares se vacían en el vehículo de recolección mediante medios mecánicos.
TABLA 6.1. COMPARACIÓN DE SERVICIOS DE RECOLECCIÓN TIPO DE SERVICIO Acera Callejuela Salida y devuelta Salida Requiere cooperación del residente: Para acarrear recipientes llenos SÍ Opcional NO NO Acarrear recipientes vacíos SÍ Opcional NO SÍ Requiere horario de servicio para la cooperación del residente SÍ NO NO SÍ Estéticamente pobre: Problema de dispersión Elevado Elevado Bajo Elevado Recipientes visibles SÍ NO NO NO Atractivo a los zopilotes SÍ Máximo NO NO Propenso a desarreglos SÍ SÍ NO SÍ Número promedio de personas 1a3 1a3 3a7 1a5 necesarias en la cuadrilla para eficiencia personas personas personas personas Tiempo de cuadrilla Poco Poco Grande Intermedia Tasa de lesiones de recolector debido a levantar y acarreo Baja Baja Elevado Intermedia Quejas por traspasar la propiedad Pocas Pocas Muchas Muchas Consideraciones especiales Requiere callejuelas y vehículos que puedan maniobrar en ellas, menos propenso a bloquear el tráfico; tasa de depreciaciones de vehículos y recipientes elevada. Costo debido a: El tamaño de la cuadrilla y exigencias Bajo Bajo Bajo Elevado del tiempo Adaptado de la Referencia 6. Consideraciones
Acarreo desde el patio NO NO NO Bajo NO NO NO 3a5 personas Intermedia Elevada Muchas Requiere de carrito con ruedas para acarrear recipientes llenos o el uso de arpillería o barril de mano, trabaja mejor con calzadas Medio
Una innovación reciente que se ha vuelto popular comprende el uso de pequeños vehículos satélites. Los desechos son vaciados en los vehículos satélites que están equipados con recipientes grandes. Cuando están llenos, estos vehículos son conducidos al camión de recolección, se vacían los recipientes en el camión por medios mecánicos, Ver Figura 6.3. En la Referencia 4 se pueden encontrar detalles adicionales. Apartamentos de Media y Gran Altura. La mayoría de los métodos de recolección de desechos sólidos en edificios de apartamentos de media y gran altura, son esencialmente los mismos utilizados para fuentes comercio- industriales, (Vea siguiente discusión). En sectores más antiguos de algunas ciudades, todavía es una práctica común que los desechos de los pisos individuales sean recogidos por los recolectores utilizando recipientes de acarreo, Ver Figura 6.4., y/o encerados. Servicio Comercio- Industrial El servicio de recolección proporcionado a grandes edificios de apartamentos y actividades comerciales está centrado, normalmente, alrededor del uso de recipientes móviles grandes y recipientes estacionarios y grandes compactadores estacionarios, Ver Capítulo 5. Los compactadores son del tipo que se pueden usar para compactar directamente el material en grandes recipientes o para formar fardos que son colocados en recipientes con mucha capacidad. Debido a que la recolección de desechos sólidos industriales es tan dependiente del lugar, es difícil definir cualquier tipo representativo de servicio. En general, el servicio se ajusta a cada actividad individual y se basa en el uso de recipientes grandes y/o compactadores estacionarios. En el servicio comercio- industrial, donde es común el uso de recipientes provistos de rodamientos o carritos, los recipientes cargados se ruedan manualmente al vehículo de recolección y se vacían mecánicamente, Ver Figura 6.5. De otra manera, debido al peso incluido, se usan métodos directos recogida. La operación completa de cargue se hace por medios mecánicos donde se usan recipientes grandes de volteo. (Ver la siguiente sección) .
Fig. 6.1. Recipiente de acarreo siendo llenado al vehículo de recolección.
Fig. 6.2. El contenido del recipiente de acarreo está siendo vaciado en el vehículo de recolección (Nótese el método empleado para levantar y descargar el recipiente equipado con ruedas).
(a)
(b Fig. 6.3. Sistema de recolección de vehículo satélite, a) Cargue del vehículo satélite equipado con recipiente de 2 yd3 (Nótese que en condiciones de corrientes de aire, el arrastre de desechos es un problema. b) Descargue mecánico del contenido del recipiente del vehículo satélite.
Fig. 6.4. Recolector subiendo escaleras para recoger desechos de apartamentos individuales. San Francisco.
(a)
(b
(c) Fig. 6.5. Secuencia del vaciado de recipientes usados en complejo comercial. a) El recipiente lleno se engancha al vehículo de recolección, b) el contenido del recipiente se vacía mecánicamente, c) el recipiente vacío se devuelve a su lugar de origen.
6.2.
SISTEMAS DE RECOLECCIÓN, NECESIDADES DE EQUIPO Y MANO DE OBRA
Durante los últimos diez años se ha usado una variedad de sistemas y equipos de recolección de desechos sólidos. En esta sección se describen algunos de los tipos más comunes y las necesidades de mano de obra para estos sistemas. Tipos de Sistemas de Recolección Los sistemas de recolección se pueden clasificar desde varios puntos de vista, tales como el modo de operación, el equipo utilizado y los tipos de desechos recolectados. En este texto, los sistemas de recolección han sido clasificados, de acuerdo a su modo de operación, en dos categorías. 1) sistemas de acarreo del recipiente y 2) sistemas de recipientes estacionarios (14). Los sistemas individuales incluidos en cada categoría conducen al mismo método de análisis económico de ingeniería. Sistemas de Acarreo del Recipiente. (HCS). Estos son sistemas de recolección en los que los recipientes usados para almacenar los desechos son acarreados al lugar de disposición, vaciados y devueltos a su lugar de origen o a algún otro lugar. Sistemas de Recipiente Estacionario (SCS). Estos son sistemas de recolección en los que los recipientes usados para el almacenamiento de los desechos permanecen en el punto de producción, excepto para viajes cortos ocasionales, al vehículo de recolección. Equipos y Sistemas de Acarreo del Recipiente Los sistemas de acarreo del recipiente son apropiados para la remoción de desechos de fuentes donde la tasa de producción es alta debido a que se usan recipientes relativamente grandes, Ver Tabla 6.2. El uso de recipientes grandes elimina tiempo de manejo lo mismo que acumulaciones desagradables a la vista condiciones antihigiénicas asociadas con el uso de muchos recipientes más pequeños. Otra ventaja de los sistemas de acarreo de recipientes es su flexibilidad: hay recipientes disponibles de muchos tamaños y formas diferentes para la recolección de todos los tipos de desechos. Debido a que los recipientes usados en este sistema generalmente deben ser llenados a mano, el uso de recipientes muy grandes, con frecuencia, conduce a una baja utilización del volumen, a menos que se provean ayudas para cargarlos tales como plataformas y rampas. En este contexto, la utilización del recipiente se puede definir como la fracción total del volumen del recipiente realmente lleno de desechos.
TABLA 6.2. DATOS TÍPICOS SOBRE CAPACIDADES DISPONIBLES DE RECIPIENTES PARA VARIOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN RECOLECCIÓN Tipo de recipiente
Vehículo Sistema de acarreo de recipiente Camión grúa Usado con compactador estacionario Plataforma de volteo Abierto por encima, llamados también cajas de escombros. Usados con compactador estacionario Equipo con mecanismo propio de compactación. Camión tractor Trailers de escombros abiertos por encima. Trailers con recipientes cerrados equipados con mecanismo de compactación. Sistema de recipiente estacionario Compactador cargado Abierto por encima y cargado mecánicamente lateralmente. Compactador cargado Recipientes de plástico, o a mano galvanizados pequeños, bolsas desechables de papel y plástico. Ver Tabla 5.2. para dimensiones típicas de recipientes. NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3 Gal x 0.003785 = m3
Rango típico de capacidades de recipientes – yd3
6 – 12
12 – 50 15 – 40 20 – 40 15 – 40
20 – 40
1–8
20 – 55
Mientras los sistemas de acarreo del recipiente tienen la ventaja de necesitar solamente un camión y el conductor para real izar el ciclo de recolección, cada recipiente recogido requiere de un viaje completo al lugar de disposición (u otro lugar de destino). Además, el tamaño del recipiente y la utilización son de gran importancia económica. Asimismo las ventajas económicas de la compactación son obvias cuando se van a recolectar y acarrear desechos altamente compresibles en distancias largas. Hay tres tipos diferentes de sistemas de acarreo del recipiente: 1) camión grúa, 2) recipientes en plataforma de volteo y 3) trailer de basura. En la Tabla 6.3. se muestran datos típicos sobre los vehículos de recolección usados en estos sistemas. Sistemas de Camión Grúa. En el pasado, los camiones grúa se usaron mucho en instalaciones militares, Ver Figura 6.6. Con el advenimiento de vehículos de recolección con sistemas de autocarga, este sistema aparece aplicable, solamente en un número limitado de casos, de los cuales los más importantes son los siguientes: 1.
Para la recolección de desechos por un recolector que tiene operación pequeña y recolecta únicamente de unos pocos lugares en los cuales se produce una cantidad considerable de desechos. Generalmente, para tales operaciones no se pueden justificar económicamente la compra de equipo de recolección más nuevo y eficiente.
2.
Para la recolección de objetos voluminosos y desechos industriales no apropiados para la recolección con vehículos de compactación.
Sistema de Recipiente en Plataforma de Volteo. Los sistemas que utilizan vehículos con plataforma de volteo, Ver Figura 6.7., y recipientes grandes, a menudo llamados "buzones" son idealmente apropiados para la recolección de todos los tipos de desechos sólidos y desperdicios de lugares donde la tasa de producción aseguran el uso de recipientes grandes, Ver Figura 6.8. Como se anotó en la Tabla 6.2. hay disponibles varios tipos de recipientes grandes para ser usados con vehículos de recolección con plataforma de volteo. Recipientes abiertos por encima se usan, a diario, en almacenes de depósitos y sitios de construcción. Los recipientes grandes usados junto con compactadores estacionarios son comunes en complejos de apartamentos, servicios comerciales y estaciones de transferencia, Ver Capítulo 7. Debido al gran volumen que puede ser acarreado, se ha vuelto popular el uso del sistema de acarreo de recipientes sobre plataforma de volteo, especialmente entre recolectores privados que sirven usuarios comerciales. Sistema de Trailer de Basuras. El empleo de trailers de basura es similar al de los sistemas de recipiente en plataforma de volteo. Los trailers de basura son mejores para la recolección de escombros especialmente pesados, tales como arena, madera y pedazos de metal y se usan a menudo para la recolección de desechos de demolición en lugares de construcción. Ver Figura 6.9.
TABLA 6.3. DATOS TÍPICOS DE VEHÍCULOS UTILIZADOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS VEHÍCULOS DE RECOLECCIÓN
Sistemas de acarreo del recipiente: Camión grúa
DIMENSIONES TÍPICAS DEL VEHÍCULO Capacidades Número Capacidad Ancho Alto Longitud** Método de descarga disponibles de de ejes indicada del pg pg pg recipientes o cuerpo del camión* recipiente o 3 yd camión+ yd3 6 – 12
2
10
94
80-100
110-150
Chasís de volteo
12 – 50
3
30
96
80-90
220-300
Camión tractor y trailer
15 – 40
3
40
96
90-150
220-450
96 96 96
140-150 132-150 125-135
240-290 220-260 210-230
Panel eyector hidráulico Panel eyector hidráulico Panel eyector hidráulico
96 96
132-150 125-135
240-300 210-230
Panel eyector hidráulico Panel eyector hidráulico
Sistema de Recipiente estacionario Compactador (cargado mecánicamente) Cargue frontal 20 – 45 3 30 Cargue lateral 10 – 36 3 30 Cargue por detrás 10 – 30 2 20 Compactador (cargado a mano) Cargue lateral 10 – 37 3 37 Cargue por detrás 10 – 30 2 20 * Ver Tabla 6.2. y Tabla 5.2. + Ver Tabla 5.2. para las dimensiones típicas de los recipientes ++ Desde el frente del camión hasta atrás del recipiente o cuerpo del camión NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3 Pg x 0.0254 = m
Gravedad, abertura en el fondo Gravedad, vaciado inclinado Gravedad, vaciado inclinado
Equipo y Sistemas de Recipiente Estacionario Los sistemas de recipiente estacionario se pueden usar en la recolección de todo tipo de desechos. Los sistemas varían de acuerdo al tipo y la cantidad de desechos a ser manejados, lo mismo que al número de puntos de producción. Hay dos tipos principales: 1) sistemas en los cuales se usan compactadores de autocargue y 2) sistemas en los que se usan vehículos de cargue a mano. En las Figuras 6.2, 6.3, 6.5, 6.10 y 6.11. se muestran algunos ejemplos típicos de vehículos y recipientes. En la Tabla 6.3. se reportan datos de los vehículos de recolección usados en este sistema. Sistemas con Compactadores de Autocarga. El tamaño del recipiente y la utilización no son críticos en los sistemas de recipiente estacionario que usan vehículos de recolección equipados con mecanismo de compactación como sí lo son en sistemas de camión grúa. Los viajes al sitio de disposición, estación de transferencia o estación de procesado se hacen después de haber recolectado y compactado el contenido de un número de recipientes. Ver Figura 6.10. y el vehículo de recolección esté lleno. Por esta razón, la utilización del conductor en términos de cantidades de desechos acarreados es considerablemente mayor para estos sistemas que para los sistemas de acarreo del recipiente. Hay disponibles una variedad de tamaños de recipientes para ser usados con estos sistemas, Ver Tabla 6.2. y Figuras 5.5, 6.5 - 6.10. Ellos varían desde tamaños relativamente pequeños (1 yd3) a tamaños comparables a aquellos manejados con un camión grúa. Ver Tabla 6.2. El uso de recipientes más pequeños ofrece mayor flexibilidad en términos de forma, facilidad de manejo y rasgos especiales disponibles. La utilización de recipientes puede aumentar considerablemente mediante el uso de recipientes pequeños, más fáciles de cargar. También se pueden usar estos sistemas para la recolección de desechos residenciales donde un recipiente grande se puede sustituir por un número de recipientes pequeños. Debido a que es difícil mantener el cuerpo de los camiones y debido al peso incluido, estos sistemas no son idealmente apropiados para la recolección de desechos industriales pesados y escombros voluminosos, tales como los producidos en sitios de construcción y demolición. Los lugares donde se producen volúmenes grandes de escombros, también son difíciles de servir debido a los requerimientos de espacio para un gran número de recipientes.
Fig. 6.6. Mecanismo de camión grúa montado sobre el chasís de camión (Dempster Systems)
Fig. 6.7. Camión con mecanismo de plataforma de volteo (Dempster Systems)
Fig. 6.8. Vaciado el contenido de un recipiente de la plataforma de un volteo, en un relleno sanitario.
Fig. 6.9. Descargue del contenido de un trailer de basura, para desechos de demolición, en un relleno sanitario.
a)
Los tenedores de cargue están enganchando en las ranuras del recipiente
(b)
Se está levantando el recipiente.
c) El recipiente empieza a voltear.
d) El contenido del recipiente está siendo vaciado en el vehículo de recolección. Fig. 6.10. Ciclo de carga para vehículo de recolección del tipo autocarga.
Sistemas con vehículos cargados a mano. La mayor aplicación de los métodos manuales de transferencia y carga es en la recolección de desechos residenciales desechos esparcidos por doquier. Ver Figura 6.11. El cargue a mano puede competir eficazmente con el cargue mecánico, en áreas residenciales, debido a que la cantidad recogida en cada lugar es pequeña y el tiempo de cargue es corto. Además, se usan métodos manuales para la recolección residencial debido a que muchos puntos de recogida individual son inaccesibles al vehículo de recolección. Operaciones de Transferencia Las operaciones de transferencia, en las cuales los desechos, recipientes o vehículos de recolección son transferidos de un vehículo de recolección a un vehículo de transferencia o acarreo, se utilizan principalmente debido a consideraciones económicas. Las operaciones de transferencia pueden demostrar ser económicas cuando: 1) para la recolección de desechos residenciales se usan vehículos de recolección relativamente pequeños cargados a mano a grandes distancias de acarreo, 2) se deben acarrear cantidades extremadamente grandes de desechos sobre largas distancias, y 3) un número apreciable de vehículos de recolección puede usar una estación de transferencia. En el capítulo 7 se considera en detalle las operaciones de transferencia y transporte. Necesidades de Mano de Obra Las necesidades de mano de obra para la recolección de desechos sólidos varía con el tipo de servicio dado y el tipo de sistema de recolección usado. Sistemas de Acarreo del Recipiente. En la mayoría de los sistemas de acarreo del recipiente se utiliza un solo recolector. El recolector es responsable de conducir el vehículo, cargar los recipientes llenos, descargar los recipientes vacíos y vaciar el contenido del recipiente en el lugar de disposición. En algunos casos, por razones de seguridad, se utilizan el conductor y un ayudante. Generalmente, el ayudante es responsable de atar y desatar cadenas y cables utilizados en el cargue y descargue de recipientes sobre y fuera del vehículo de recolección; el conductor es responsable de la operación del vehículo. Siempre se deben utilizar un conductor y un ayudante donde se manejan desechos peligrosos.
Fig. 6.11. Recolector vaciando a mano el contenido de un recipiente que se carga sobre los hombros, en la parte de atrás de un vehículo de recolección de tipo de compactación. (Este tipo de vehículo comúnmente se usa con cuadrillas de dos y tres personas para la recolección de desechos residenciales en todos los Estados Unidos). Sistema de Recipiente Estacionario. (Cargado mecánicamente) . Las necesidades de mano de obra para sistemas de recipientes estacionario cargado mecánicamente, esencialmente, son las mismas que para sistemas de acarreo del recipiente. Donde se utiliza un ayudante, con frecuencia el conductor ayuda al ayudantes traer los recipientes llenos, montados sobre rodamientos, al vehículo de recolección y a devolver los recipientes vacíos. Ver Figura 6.5. Ocasionalmente, se utilizan un conductor y dos ayudantes donde los recipientes a ser vaciados se deben rodar (transferir) al vehículo de recolección desde lugares inaccesibles, como en áreas comerciales congestionadas en el centro de la ciudad. Sistemas de recipiente estacionario (cargado a mano). En sistemas de recipiente estacionario donde el vehículo de recolección es cargado a mano, el número de recolectores varía de uno a tres, en la mayoría de los casos, dependiendo del tipo de servicio y el equipo de recolección. Normalmente, se utiliza un sólo recolector para el servicio sobre la acera y la callejuela, y se utiliza una cuadrilla de varias personas para el servicio de acarreo desde el patio de atrás. Ver Tabla 6.1. También se utiliza un solo conductor- recolector en la mayoría de sistemas de vehículos satélites para la recolección en la acera. Ver Figura 6.3. Mientras los tamaños antes mencionados de las cuadrillas son representativos de las prácticas corrientes, hay muchas excepciones. En muchas ciudades se utilizan cuadrillas de varias personas para el servicio en la acera lo mismo que para el acarreo desde el patio de atrás. Se debe dar atención especial al diseño de vehículo de recolección intentado para el uso de un solo recolector. Hasta ahora parece que un compactador de carga lateral, como el que se
muestra en la Figura 6.12, equipado con una plataforma a la derecha, es el que mejor se adapta a la recolección en la acera y callejuelas. 6.3.
ANALISIS DE SISTEMAS DE RECOLECCIÓN
Para establecer las necesidades de vehículos y mano de obra para varios sistemas y métodos de recolección, se debe determinar la unidad de tiempo necesario para real izar cada tarea. Separando las actividades de la recolección en operaciones unitarias es posible: 1) desarrollar datos de diseño y relaciones que se puedan usar universalmente y 2) evaluar las variables asociadas con las actividades de recolección y las variables relacionadas o controladas por el lugar en particular.
Fig. 6.12. Vehículo de recolección cargado sobre plataforma del lado derecho. Definición de Términos Antes de poder modelar efectivamente las relaciones para los sistemas de recolección, se deben delinear las tareas componentes. En las Figuras 6.13 y 6.14 se muestran esquemáticamente las tareas operacionales para los sistemas de acarreo del recipiente y recipiente estacionario respectivamente. Sobre la base de trabajos previos (14, 16), las actividades involucradas en la recolección de desechos sólidos se pueden resolver en cuatro operaciones unitarias: 1) recogida, 2) acarreo, 3) en el sitio y 4) fuera de ruta. Recogida. La definición del término recogida depende del tipo de sistema de recolección usado (14).
Fig. 6.13. Esquema de la secuencia operacional para el sistema de acarreo del recipiente.
1.
Para sistemas de acarreo del recipiente, operados en la forma convencional. Ver Figura 6.13a, la recogida Phc s se refiere al tiempo empleado en conducir hasta el siguiente recipiente después de haber depositado el recipiente vacío, el tiempo utilizado en recoger el recipiente lleno, y el tiempo necesario para volver a depositar el recipiente después de haber vaciado su contenido. Para sistemas de acarreo del recipiente operados en el modo de intercambio de recipientes, Ver Figura 6.13b, la recogida incluye el tiempo necesario para recoger un recipiente lleno y volver a depositar el recipiente en el siguiente lugar después de haber vaciado su contenido.
2.
Para sistemas de recipientes estacionario, Ver Figura 6.14, la recogida (Pscs) se refiere al tiempo gastado cargando el vehículo de recolección, empezando por la parada del vehículo antes de cargar el contenido del primer recipiente y terminando cuando se ha cargado el con tenido del último recipiente a ser vaciado. La tarea especifica en la operación de recogida, depende del tipo de vehículo de recolección lo mismo que el método de recolección usado.
Acarreo. La definición del término acarreo (h) también depende del tipo de sistema de recolección usado (14). 1.
Para sistemas de acarreo del recipiente, el acarreo representa el tiempo necesario para llegar al lugar de disposición, empezando después de que el recipiente cuyo contenido va a ser vaciado se ha cargado en el camión, más el tiempo después de dejar el lugar de disposición hasta que el camión llega al lugar donde se vuelve a depositar el recipiente vacío. No incluye el tiempo gastado en el lugar de disposición.
2.
Para sistemas de recipiente estacionario, el acarreo se refiere al tiempo necesario para llegar al sitio de disposición, empezando después de que el último recipiente sobre la ruta ha sido vaciado o el vehículo de recolección se ha llenado, más el tiempo después de salir del sitio de disposición hasta que el camión llega al lugar donde ya a vaciar el primer recipiente en la siguiente ruta de recolección. NO incluye el tiempo gastado en el lugar de disposición.
En el sitio. La operación unitaria en el sitio (s) se refiere al tiempo gastado en el lugar de disposición e incluye el tiempo empleado esperando para descargar lo mismo que el tiempo del descargue. (14).
Fig. 6.14. Esquema de la secuencia operacional para el sistema de recipiente estacionario. Fuera de Ruta. La operación unitaria fuera de ruta (W) incluye todo el tiempo gastado en actividades que no son productivas desde el punto de vista de la operación de recolección. Muchas de las actividades asociadas con los tiempos fuera de ruta son algunas veces necesarias o inherentes en la operación. Además el tiempo empleado en actividades fuera de ruta se puede subdividir en dos categorías: necesarias e innecesarias. En la práctica, sin embargo, los tiempos necesarios e innecesarios fuera de ruta se consideran juntos debido a que se deben distribuir sobre toda la operación (14). El tiempo necesario fuera de ruta incluye: 1) el tiempo de registro de entrada y salida en la mañana y al terminar el día. 2) tiempo utilizado en conducir al primer punto de recogida y/o del lugar más próximo del último punto de recogida a la estación de despacho al concluir el día (se usa el término LUGAR MAS PROXIMO debido a que, en el sistema de recipiente estacionario, el vehículo de recolección normalmente, es conducido directamente a la estación de despacho después de que se han vaciado los desechos recogidos en la última ruta), 3) tiempo perdido debido a congestión inevitable, y 4) tiempo empleado en reparaciones y mantenimiento, etc. El tiempo innecesario fuera de ruta incluye el tiempo excesivo al establecimiento, empleado para la merienda y el tiempo gastado en recesos no autorizados para tomar café, conversar con amigos, etc. Sistemas de Acarreo del Recipiente El tiempo necesario por viaje, que también corresponde al tiempo necesario por recipiente, es igual a la suma de los tiempos de recogida, en el sitio y acarreo, multiplicado por un factor que tiene en cuenta las actividades fuera de ruta y está dado por la siguiente ecuación:
Thcs
=
(Phcs + s + h)/(1 - W)
(6.1)
Thcs Phcs
= =
s h w
= = =
Tiempo por viaje para sistemas de acarreo de recipiente, h/viaje Tiempo de recogida por viajes para sistemas de acarreo de recipiente, h/viaje Tiempo en el sitio de disposición por viaje, h/viaje Tiempo de acarreo por viaje, h/viaje Factor de fuera de ruta, expresado como fracción.
Donde:
Mientras que los tiempos de recogida y en el sitio son relativamente constantes para sistemas de acarreo de recipiente, el tiempo de acarreo depende de la velocidad y la distancia de acarreo. Del análisis de una cantidad considerable de datos de acarreo, para varios vehículos de recolección. Ver Figura 6.15, se ha encontrado que el tiempo de acarreo (h) puede ser expresado aproximadamente por la siguiente expresión. h
=
a + bx
h a b x
= = = =
tiempo total de acarreo, h/viaje (h = horas) constante empírica, h/viaje constante empírica, h/viaje distancia de viaje completo de acarreo, mi/viaje
(6.2)
donde:
En el ejemplo 6.1, presentado al final de la discusión que trata de los sistemas de acarreo de recipiente, se ilustra el análisis de datos del tiempo de acarreo y distancia (millas) usando la Ecuación 6.2 y la relación presentada en la Figura 6.15. Sustituyendo en la ecuación 6.1 la expresión para h dada en la ecuación 6.2 el tiempo por viaje se puede expresar como sigue: Thcs
=
(Phcs + s + a + bx)/(1 - W)
(6.3)
Fig. 6.15. Correlación entre velocidad media de acarreo y distancia del viaje completo. El tiempo de recogida por viaje Phcs para el sistema de acarreo de recipiente es entonces, igual a: Phcs
=
Phcs pc uc dbc
= = = =
pc + uc + dbc
(6.4)
donde: Tiempo de recogida por viaje, h/viaje Tiempo necesario para recoger el recipiente lleno, h/viaje Tiempo necesario para descargar el recipiente vacío, h/viaje Tiempo necesario para conducir entre ubicaciones de los recipientes, h/viaje. En el cálculo del tiempo de recogida por viaje, si se desconoce el tiempo medio necesario para conducir entre recipientes, se puede estimar el tiempo usando la ecuación 6.2, donde la distancia entre recipientes es sustituida por la distancia de un viaje completo. El número de viajes que se pueden hacer por vehículo por día con un sistema de acarreo de recipiente se puede determinar usando la ecuación 6.5. Nd
=
(1 - W) H/(Phcs + s + a + bx)
(6.5)
donde: Nd = número de viajes por día, viajes/dias H = duración del día de trabajo, h/día otros términos = como se definen antes Los datos que se pueden usar en la solución de la ecuación 6.5 para varios tipos de sistemas de acarreo de recipientes se dan en la Figura 6.15 y la Tabla 6.4. El factor de fuera de ruta en la Ecuación 6.5 de 0,10 a 0,25; un factor de 0,15 es representativo para la mayoría de las operaciones.
TABLA 6.1. DATOS TÍPICOS PARA CALCULAR LAS NECESIDADES DE EQUIPO Y MANO DE OBRA PARA VARIOS SISTEMAS DE RECOLECCIÓN*
Recolección Vehículo
Método de Cargue
Relación de Compactación R
Tiempo necesario para vaciar el contenido del recipiente lleno y depositar el recipiente vacío h/viaje
Sistemas de acarreo del recipiente Camión Grúa
Mecánico
0,067
Plataforma de Volteo
Mecánico
0,40
Plataforma de Volteo
Mecánico
2,0 – 4,0+
Compactador
Mecánico
2,0 – 2,5
Compactador
Mecánico
2,0 – 2,5
Sistemas de recipiente estacionario
* +
Adaptado de la Referencia 14 Recipientes usados junto con compactador estacionario.
0,40
En algunos casos donde especialmente se incluyen distancias largas, el tiempo gastado conduciendo desde y hasta la estación de despacho, al principio y al final del día, se sustrae de la duración del día de trabajo en la Ecuación 6.5. Si se hace esto, también es importante acordarse de ajustar el factor de fuera de ruta. Suponiendo que se conoce el número de recipientes a ser vaciados por semana, se puede calcular el tiempo necesario por semana usando la Ecuación 6.6. Dw
=
tw (Phcs + s + a + bx)/|(1 -W)H|
(6.6)
donde: Dw = Tiempo necesario por semana, días/semana tw = Número entero de viajes por semana, viajes/semana otros términos = como se definen antes. Si no se conoce el número de viajes por semana, se puede estimar usando la siguiente expresión: Nw
=
Vw/(cf)
Nw Vw c f
= = = =
Número de viajes por semana, viajes/semana Tasa de producción semanal de desechos, yd3/semana Tamaño medio del recipiente, yd3/viaje Factor ponderado de utilización media del recipiente
(6.7)
donde:
Como se anotó previamente, el factor ponderado de utilización del recipiente se puede definir como la fracción del volumen del recipiente ocupado por los desechos sólidos. Debido a que este factor variará con el tamaño del recipiente, se debe usar un factor ponderado en la Ecuación 6.7. El factor ponderado se encuentra dividiendo la suma de los valores obtenidos de multiplicar el número de recipientes en cada tamaño por su factor correspondiente de utilización por el número total de recipientes. El número entero de viajes, a ser usado en el cálculo del tiempo necesario por semana en la Ecuación 6.6, se obtiene redondeando el valor de Nw obtenido de usar la Ecuación 6.7 a un número entero. En términos del sistema, si el valor de Nw se redondea al entero inferior, el significado es que uno o más de los recipientes estarán más llenos de lo usual. Si Nw se redondea al entero más grande, uno o más de los recipientes no estarán tan llenos como es usual. Las necesidades semanales de obra de mano en recolector- días por semana se obtienen multiplicando el tiempo necesario por semana por el número de recolectores. Finalmente, el número requerido de vehículos de recolección se puede determinar dividiendo las necesidades semanales de tiempo, expresado en días por semana, por el mismo número de días de trabajo por semana y redondeando el resultado al entero más alto que sigue. Así, para Dw/5 valores de 0.7, 1.2 y 3.7, el número de vehículos de recolección sería igual a 1, 2
y 4 respectivamente. Para mejorar la eficiencia de la operación donde se obtienen necesidades fraccionales de equipo y mano de obra, se debe investigar el uso de recipientes más grandes y menor frecuencia de la recolección. Ejemplo 6.1. Análisis de la velocidad de acarreo Se obtuvieron las siguientes velocidades medias para varias distancias de viaje completo a un lugar de disposición. Encuentre las constantes a y b de la velocidad de acarreo y el tiempo de acarreo de viaje completo para un sitio de disposición a 11,0 millas. Ver Tabla 6.5. Solución 1.
Haga lineal la ecuación de la velocidad de acarreo dada en la Figura 6.15. la ecuación básica de la velocidad de acarreo es: y
=
x__ a + bx
La forma lineal de la ecuación es: x y 2.
=h=a+b x
Dibuje x/y, que es el tiempo de viaje versus la distancia x, del viaje completo (Ver Figura 6.16).
Fig. 6.16. Tiempo de viaje versus distancia de viaje completo de acarreo para el Ejemplo 6.1.
TABLA 6.5. VELOCIDADES PROMEDIO DE ACARREO PARA EL EJEMPLO 6.1. Distancia del viaje completo mi/viaje 2 5 8 12 16 20 25
Tiempo total H 0.12 0.18 0.25 0.33 0.40 0.48 0.56
Velocidad media de Acarreo y min/h 17 28 32 36 40 42 45
3.
Determine las constantes a y b utilizando la Figura 6.16. Cuando x = 0, a = intercepto = 0,080 h/viaje, b = pendiente de la línea = (0,2 h)/(10 mi) = 0,020 h/mi (0,012 h/km).
4.
Encuentre el tiempo de acarreo de un viaje completo para un sitio localizado a 11,0 millas de distancia. Distancia del viaje completo = 2(11,0 mi/viaje) = 22 mi/viaje Tiempo de acarreo h = a + bx = 0,080 h/viaje + (0,020 h/mi) (22 milviaje) = 0,52 h/viaje
Sistemas de Recipiente Estacionario Debido a las diferencias en el proceso de cargue, en la siguiente discusión se consideran por separado los sistemas de recipiente estacionario cargado mecánicamente y a mano. Vehículos Cargados Mecánicamente. Para sistemas que usan compactadores autocargados, el tiempo por viaje se expresa como: Tscs
=
(Pscs + s + a + bx) / (1 - W)
(6.8)
Tscs Pscs
= =
s a b x W
= = = = =
tiempo por viaje para el sistema de recipiente estacionario, h/viaje tiempo de recogida por viaje para el sistema de recipiente estacionario, h/viaje tiempo en el sitio (disposición, h/viaje) constante empírica, h/viaje constante empírica, h/mi distancia de acarreo del viaje completo, mi/viaje factor de fuera de ruta, expresado como fracción
Donde:
La única diferencia entre la Ecuación 6.8 y la Ecuación 6.3. para sistemas de acarreo de recipiente es el término de acarreo. Para el sistema de recipiente estacionario, el tiempo de recogida está dado por: Pscs
=
ct (uc) + (np - 1) (dbc)
(6.9)
Pscs
=
ct uc
= =
np dbc
= =
tiempo de recogida por viaje para sistemas de recipiente estacionario, h/viaje número de recipientes vaciados por viaje, recipientes/viaje tiempo promedio de descargue por recipiente para sistemas de recipiente estacionario, h/recipiente número de lugares de recogida de recipientes por viaje, lugares/viaje tiempo promedio empleado conduciendo entre lugares con recipientes, h/lugar.
donde:
El término (np - 1) toma en cuenta el hecho de que el número de veces que el vehículo de recolección tendrá que ser conducido entre lugares con recipientes, es igual al número de recipientes menos uno. Como en el caso del sistema de acarreo de recipiente, si no se conoce el tiempo empleado conduciendo entre lugares con recipientes se puede estimar usando la Ecuación 6.2. donde la distancia entre recipientes es sustituida por la distancia del viaje completo. El número de recipientes que se pueden vaciar por viaje de recolección está directamente relacionado al volumen del vehículo de recolección y a la relación de compactación que se puede alcanzar. Este número está dado por: ct
=
vr/ (c f)
ct v r c f
= = = = =
número de recipientes vaciados por viaje, recipientes/viaje volumen del vehículo de recolección, yd3/viaje relación de compactación volumen del recipiente, yd3/recipiente factor ponderado de utilización del recipiente
(6.10)
donde:
Se puede estimar el número de viajes necesarios por semana usando la siguiente ecuación: Nw
=
Nw
=
Vw/ (v r)
donde: número de viajes de recolección necesarios por semana, viajes/semana Vw = tasa de producción semanal de desechos, yd3/semana otros términos = cono se definen antes.
(6.11)
El tiempo requerido por semana se puede expresar como sigue: Dw
=
|(Nw) Pscs + tw (s + a + bx)| / |(1 - W) H|
(6.12)
Dw tw
= =
tiempo requerido por semana, días/semana el valor de (Nw) aproximado al entero inmediatamente superior, lo que toma en cuenta el hecho de que aunque el camión puede estar parcialmente cargado en el último viaje, todavía requiere un viaje completo al lugar de disposición
donde:
H = duración del día de trabajo, h/día otros términos = como se definieron anteriormente. En aplicaciones en las cuales no se tiene que hacer un número entero de viajes y no es necesario vaciar cargas parciales al finalizar el día, el tamaño del camión a ser usado se puede determinar como sigue. Suponga dos o tres tamaños de camiones disponibles y calcule los tiempos necesarios para cada tamaño, usando la Ecuación 6.12. El tamaño de camión que necesite del mínimo de mano de obra debe ser seleccionado. Por ejemplo, si la demanda de mano de obra con un recolector es 2,2 recolector- días/semana utilizando un compactador de 24 yd3 , y 2,0 recolector- días/semana utilizando un compactador de 30 yd3, se debe seleccionar el camión más grande, debido a que en la mayoría de las operaciones será difícil utilizar un recolectar durante parte del día. Así se puede seleccionar el tamaño óptimo del vehículo calculando los requerimientos de tiempo y mano de obra para varios tamaños de camiones. Donde se va a hacer un número entero de viajes cada día, se pueden determinar la combinación propia de viajes por día y el tamaño del vehículo usando la Ecuación 6.13 junto con un análisis económico. H
=
Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 – W)
(6.13)
Donde: Nd = número de viajes de recolección por día, viajes/días otros términos = como se definieron previamente. Para determinar el volumen necesario del camión, sustituya dos o tres valores diferentes para Nd en la Ecuación 6.13 y determine los tiempos disponibles de recogida por viaje. Entonces, por aproximaciones, usando las Ecuaciones 6.9 y 6.10. determine el volumen necesario de camión para cada valor de Nd. De los tamaños disponibles de camiones, seleccione los que más se aproximen a los valores calculados. Si los tamaños de los camiones son más pequeños que los valores requeridos, calcule el tiempo real que se necesitará por día utilizando estos tamaños de camiones.
Una vez se han determinado las necesidades de mano de obra para cada combinación de tamaño de camión y número de viajes por día, se puede seleccionar la combinación más efectiva en cuanto a costo. Por ejemplo si tienen largas distancias de acarreo, puede ser más económico utilizar un vehículo de recolección grande y hacer 2 viajes/día (aunque no se pueda utilizar algún tiempo al final del día) que usar un vehículo más pequeño y hacer 3 viajes/día utilizando todo el tiempo disponible. Cuando el tamaño del camión es fijo, se debe hacer un número entero de viajes cada día, la duración necesaria del día de trabajo se puede estimar usando la Ecuación 6.9, 6.10 y 6.11. En el ejemplo 6.2. se ilustra el análisis y la comparación del sistema de acarreo del recipiente y recipiente estacionario. Ejemplo 6 .2. Análisis de Sistema de Recolección de Desechos Sólidos. Un recolector privado de desechos sólidos desea localizar un sitio de disposición cerca a un área comercial. Al recolector le gustaría usar un sistema de acarreo del recipiente pero teme que los costos de acarreo pudieran ser prohibitivos. ¿Cuál es el punto más alejado del área comercial en que el sitio de disposición puede ser localizado de manera que los costos semanales del sistema de acarreo del recipiente no exceda a los del sistema de recipiente estacionario? Suponga que se utilizará un conductor- recolector en cada sistema y que los siguientes datos son aplicables. 1.
Sistema de acarreo de recipiente a) b) c) d) e) f) g) h)
2.
Cantidad de desechos sólidos = 300 yd3/semana Tamaño del recipiente = 8 yd3/viaje Factor de utilización del recipiente = 0,67 Tiempo de recogida del recipiente = 0,033 h/viaje Tiempo de descargue del recipiente = 0,033 h/viaje Tiempo en el sitio de disposición = 0,053 h/viaje Costos generales $ 400/semana Costos de operación $ 15/h de operación.
Sistema de recipiente estacionario a) b) c) d) e) f) g) h) i)
Cantidad de desechos sólidos = 300 yd3/semana Tamaño del recipiente = 8 yd3/lugar Factor de utilización del recipiente = 0,67 Capacidad del vehículo de recolección = 30 yd3/viaje Relación de compactación del vehículo de recolección = 2 Tiempo de descargue del recipiente = 0,05 h/recipiente Costos generales = $750/semana Costos de operación = $15/h de operación Tiempo en el lugar de disposición = 0,10 h/viaje
3.
Características de la localización a) b)
c)
d)
Distancia promedio entre ubicación de los recipientes = 0,10 mi Constantes para estimar el tiempo de conducción entre localizaciones de los recipientes para el sistema de acarreo del recipiente. al = 0,060 h/viaje y b1 = 0,067 h/mi Constante para estimar el tiempo de conducción entre ubicaciones de los recipientes para el sistema de recipiente estacionario: al = 0,060 h/localización y bl = 0,067 h/mi. Constantes para estimar el tiempo de acarreo: a = 0,022 h/viaje y b = 0,022 h/mi.
Solución 1.
Sistemas de acarreo del recipiente a)
Determine el número de viajes por semana, usando la Ecuación 6.7. Nw = Vw / (cf) = (300 yd3/sem) / (8 yd3/viaje) (0,67) = 56,0 viaje semana)
b)
Determine el número entero de viajes para usarlos en el cálculo del tiempo necesario por semana, usando la Ecuación 6.6 Nw = 56 viajes/semana Tw = 56 viajes/semana
c)
Estime el tiempo de recogida para el sistema de acarreo del recipiente, use la Ecuación 6.4 phcs = pc + uc + dbc = pc + uc + a1 + b1 x' = =
d)
Estimen el tiempo necesario por semana como una función de la distancia del viaje completo, use la Ecuación 6.6. Dw
=
tw (phcs + s + a + bx) / |(1 - W) H|
Dw
=
(56 viajes/sem) |0,133 h/viaje + 0,053 h/viaje + 0,022 h/viaje + (0,022 h/mi) (x) |/| (1 - 0,15) (8 h/día) 1,70 + (0,181/mi) (x) días/semana
= e)
0,033 h/viaje + 0,033 + 0,060 h/viaje + (0,067 h/mi)(0,01 mi/viaje) 0,133 h/viaje
Determine el costo de operación por semana como una función de la distancia del viaje completo Costo de operación
= =
($ 15/h)(8 h/día) |1,70 + (0,181/mi)(x)| día/sem. |204 + (21,7/mi) (x)| (x) $/semana
2.
Sistemas de recipiente estacionario a)
Determine el número de recipientes vaciados por viaje, use la Ecuación 6.10
Ct
= =
b)
Estime el tiempo de recogida por recipiente; use la Ecuación 6.9
vr/cf = (30 yd3/viaje) (2) / (8 yd3/recipiente) (0,67) 11,19 recipiente/viaje = 11 recipiente/viaje
Pscs = Ct (uc) + (np -1) (dbc) ct (uc) + (np - 1) (a1 + b1 x1) = (11 recipiente/viaje) (0,050 h/recipiente) + (11 - 1 lugares/viaje)[(0,06 h/lugar) + (0,067h/mi) (0,1 mi/lugar)] = 1,22 h/viaje c)
Determine el número de viajes necesarios por semana, use la Ecuación 6.11 Nw
d)
= =
Determine el tiempo requerido por semana como una función de la distancia del viaje completo; use la Ecuación 6.12 Dw
= = =
e)
Vw(vr) = (300 yd3) / (30 yd3/viaje) (2) 5 viajes/semana
{(Nw)Pscs + tw (s + a + bx)} / [(1 - W) H ] {(5 viajes/sem) (1,22 h/viajes) + 5 viajes/sem) |0,10 h/viaje + 0,022 h/viaje +(90,022 h/mi)(x)| }/[(1 – 0,15) (8 h/día)] |0,99 + (0,016/mi) (x) | días/sem
Determine los costos de operación por semana como una función de la distancia de viaje completo Costo de operación
= =
3.
($ 15/h) (8 h/día) |0,99 + (0,016/mi) (x) días/sem |118,8 + (1,92/mi) (x)| $/sem
Comparación de los sistemas a)
Determine la distancia máxima de acarreo de un viaje completo para la cual el costo de sistema de acarreo de recipiente es igual al costo para el sistema de recipiente estacionario, igualando los costos totales para los dos sistemas y resolviendo para x $ 400/sem + 204 + (21,7/mi) (x) $/sem = $ 750/sem + 118.8 + 1.92/mi(x) $/sem =
(19,8/mi) (x) = 264,8 x = 13,4 mi (distancia en un sentido = 6,7 mi) = 21,6 km (distancia en un sentido = 10,8 km) b)
Dibuje el costo semana] versus la distancia de] viaje completo para cada sistema, Ver Figura 6.17.
Comentario. las curvas que se muestran en la Figura 6.17 son características de aquellas obtenidas cuando se comparan sistemas de acarreo de recipiente con sistemas de recipiente estacionario. En la mayoría de los casos la distancia del viaje completo a la cual los sistemas de acarreo de recipiente no son competitivos es mucho más corta que para el sistema de recipiente estacionario.
Fig. 6.17. Costo semanal versus distancia del viaje completo de acarreo para el Ejemplo 6.2. Vehículos Cargados a Mano. El análisis y el diseño de sistemas residenciales de recolección que utilizan vehículos cargados a mano se puede describir como sigue: si se trabaja H horas por día y se conoce o se fija el número de viajes a ser hechos por día, el tiempo disponible para la operación de recogida se puede calcular usando la Ecuación 6.13, ya que todos los factores se conocen o pueden suponer. Una vez se conoce el tiempo de recogida por viaje, se puede estimar el número de lugares de recogida de los cuales se van a recolectar desechos por viaje como sigue. Np
=
60 Pscs n/tp
Donde: Np = número de lugares de recogida por viaje, lugares/viaje
(6.14)
60 Pscs n t
= = = =
factor de conversión de horas a minutos, 60 min/h tiempo de recogida por viaje, h/viaje número de recolectores tiempo de recogida por lugar de recolección, recolector-min lugar
En la Figura 6.18 se muestra el tiempo de recogida deducido de observaciones de campo para una cuadrilla de recolección de dos personas. Se encontró que el tiempo de recogida tp por lugar está relacionado al número de recipientes por lugar de recogida y al porcentaje de puntos de recogida desde atrás de la casa. La relación correspondiente es: tp =
0,72 + 0,18 (Cn) + 0,014 (PRH)
(6.15)
donde tp = tiempo promedio de recogida por lugar de recolección, recolector-min/lugar cn = Número promedio de recipientes en cada lugar de recolección
Fig. 6.18. Relación entre los requerimientos de tiempo para la recogida y porciento de servicios desde atrás de la casa para una cuadrilla de dos personas (14). PRH = lugares de recogida desde atrás de la casa, por ciento. La Ecuación 6.15 es típica de los tipos de ecuaciones deducidas de observaciones en el campo para el tiempo de recogida por lugar. Generalmente, el primer término en tales ecuaciones representa el tiempo empleado conduciendo entre lugares de recolección. Por supuesto, este valor dependerá de las características del área residencial. En los ejemplos 6.3 y 6.4 se ilustra el uso de la Ecuación 6.15. Si se hace recolección en la acera una vez por semana, los datos de la Tabla 6.6 se pueden usar para estimar los requerimientos de mano de obra. Estos datos fueron observados en operaciones que usan un recolector y un vehículo de cargue lateral equipado con plataforma lateral. (14), ver Figura 6.12. Si se utilizan camiones convencionales para la recolección en
la acera, el tiempo de recolección por servicio reportado en la Tabla 6.6 se debe aumentar del 5 al 10 por ciento. La diferencia entre los tiempos obtenidos comparando la Ecuación 6.15 a los datos en la Tabla 6.6 se debe al hecho de que, donde se utilizan cuadrillas de dos o tres personas, el tamaño de los lotes tiende a ser mayor. Aunque la Ecuación 6.15 y los datos de la Tabla 6.6 se pueden utilizar para estimar el tiempo por lugar de recogida, se recomienda hacer medidas de campo donde quiera que sea posible debido a que las operaciones de recolección residencial son muy variables. TABLA 6.6. EXIGENCIAS DE MANO DE OBRA PARA LA RECOLECCION EN LA ACERA* Número promedio de recipientes y/o cajas por lugar de recolección 1a2 3 0 más, servicio ilimitado *
Tiempo de recogida Recolector-min/lugar 0,50 - 0,60 0,92
Adaptado de Referencia 14
Ejemplo 6.3. Análisis de la Operación de Recolección La agencia responsable de la recolección de los desechos sólidos permite dos recipientes por servicio, recogidos en el patio de atrás. Se está considerando limitar el servicio al patio de atrás a sólo un recipiente por servicio; a los demás servicios se les permitirían dos recipientes sobre la acera. Se espera que alrededor del 10 por ciento de todos los servicios solicitan el servicio en el patio de atrás. Cuantos recipientes adicionales se pueden recolectar por día? Ahora hay 300 paradas de recolección por día. Suponga que el tiempo promedio de recogida por servicio se puede estimar usando la Ecuación 6.15. Solución 1.
Determine el tiempo de recolección para la operación actual; use la Ecuación 6.15. Tiempo de recolección = (0,72 + 0,18 (2) + (0,014)(100)min/servicio x (300 servicios) = (0,72 + 0,36 + 1,40) (300) = 744 minutos
2.
Determine el número total de lugares de recolección tp que pueden ser recogidos si se instituye el nuevo servicio propuesto. Tiempo de recolección =0,72 + 0,18 (2) + 0,014 (0)min/servicio x (0,9 Tp) + 0,72 + 0,18 (1) + 0,014 (100)min/servicio x (0,1 Tp)
744 = (0,72 + 0,36) (0,9 Tp) + (0,72 + 0,18 + 1,40)(0,1 Tp) 744 min = 1,20 tp Tp = 744 = 620 servicios 1,20 3.
Determine el número adicional de recipientes que se pueden recolectar. Recipientes recolectados ahora = (2 recipientes/servicio) (300 servicios) = 600 recipientes Recipientes recolectados, según propuesta = (2 recipientes/servicio) (0,90) (620 servicios) + (1 recipientes/servicio) (0,10) (620 servicios) = 1116 + 62 = 1178 recipientes Recolección adicional por día = 1178 - 600 = 578 recipientes
Comentario. Se debe notar que el tiempo de recolección calculado (744 min.) excede al tiempo que una cuadrilla tiene disponible en una jornada normal de 8 horas diarias. En la práctica, se utilizaría una segunda cuadrilla o la operación de recolección se completaría al día siguiente. Una vez conocido el número de lugares de recolección por viaje, entonces se puede estimar el tamaño adecuado del vehículo de recolección como sigue: v = Vp Np /r
(6.16)
donde: V = volumen del vehículo de recolección, yd3/viaje Vp = volumen de los desechos sólidos recolectados por lugar de recolección, yd3/lugar Np = número de lugares de recolección por viaje, lugares/viaje r = relación de compactación Cuando se conoce el número de lugares de recolección por viaje, se puede calcular las necesidades semanales de mano de obra usando la Ecuación 6.12, multiplicando el término de la derecha de la ecuación por n, el número de recolectores. El número de viajes por semana se calcula usando la siguiente expresión: NW = TP F/N donde NW = número de viajes de recolección por semana, viajes/sem
(6 -17)
TP = número total de lugares de recolección, lugares F = frecuencia de la recolección por semana, veces/sem Np = número de lugares de recolección (servicios) por viaje, lugares/ viaje En muchas áreas residenciales la frecuencia de la recolección es 2 veces por semana. En el Capítulo 4 se discute el efecto de la recolección dos veces por serena sobre la cantidad de desechos recolectados. En términos de los requerimientos de mano de obra, se ha encontrado que las necesidades para la segunda recolección semanal son alrededor de 0,9 y 0,95 veces los de la primera recolección semanal. En general, los requerimientos de mano de obra no son apreciablemente diferentes debido a que el tiempo de manejo del recipiente es más o menos el mismo para los recipientes llenos y parcialmente llenos. A menudo esta diferencia se desprecia en el cálculo de las necesidades de la mano de obra. El número de vehículos de recolección necesarios se puede calcular dividiendo Dw, las necesidades de mano de obra, por n, el número de recolectores por camión y por el número de días de trabajo por semana. Para valores fraccionarios puede ser necesario ajustar las rutas para obtener la mayor efectividad del costo. Ejemplo 6.4. Diseño de Sistema de Recolección Residencial. Diseñe un sistema de recolección de desechos sólidos para servir a un área residencial con 1000 viviendas unifamiliares. Suponga que se utilizará una cuadrilla de dos personas para la recolección y que los siguientes datos son aplicables. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
Número promedio de residentes por servicio = 3,5 Producción de desechos sólidos por habitante = 2 lb/hab/día Densidad de los desechos sólidos (en los recipientes) = 200 lb/yd3 Recipientes por servicio = dos de 32 galones. Tipo de servicio = 50 por ciento desde atrás de la casa, 50 por ciento en la callejuela Frecuencia de la recolección = una vez por semana Vehículo de recolección = compactador cargado por detrás, relación de compactación = 2 Distancia de acarreo en un viaje completo = 15 mi Duración del día de trabajo = 8 h Viajes por día = 2 Factor de fuera de ruta = 0,15 Constantes para estimar el tiempo de acarreo a = 0,016 h/viaje y b = 0,018 mi/h Suponga el tiempo en el sitio de disposición por viaje = 0,10 h/viaje Suponga que se puede usar la Ecuación 6. Para estimar el tiempo de recolección por cada lugar de recolección.
Solución 1.
Determine el tiempo disponible para la operación de recolección, usando la Ecuación 6.13.
H = Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 - W) Pscs = (1 - W) H/Nd -(s + a + bx) = (1-0,15) (8 h/día) / (2 viajes/día) - 0,10 h/viaje + 0,016 h/viaje + (0,018 h/mi) (15 mi/viaje) = (3,40 - 0,39) h/viaje = 3,01 h/viaje 2.
Determine el tiempo de recolección necesario por lugar de recogida usando la Ecuación 6.15. tp = = =
3.
0,72 + 0,13 (Cn )+ 0,014 (PRH) 0,72 + 0,18 (2) + 0,014 (50) 1,76 recolector – min/lugar
Determine el número de lugares de recolección de los cuales se pueden recolectar los desechos usando la Ecuación 6.14. Np = 60 Pscs n/tp = (60 min/h) (3,01 h/viaje) (2 recolectores) / (1,76 recolector – min/lugar) = 205 lugares/viaje
4.
Determine el volumen de desechos producido por lugar de recolección por semana. Volumen por semana = (2,0 lb/hab/día) (3,5 hab/lugar recogido) (7 días/sem) (200 lb/yd3) (l/sem) 0,245 yd3/lugar
= = 5.
Determine el volumen necesario del camión, usando la Ecuación 6.16. v = = =
6.
Vp Np/r (0,245 yd3/lugar) (205 lugares/viaje) / 2 20,1 yd3/viaje
Determine el número de viajes necesarios por semana, usando la Ecuación 6.17. Nw = Tp F/Np = (1,000 lugares) (1/sem)/(205 lugares/viaje). = 4,88 viajes/sem.
7.
Determine las necesidades de tiempo usando la Ecuación 6.12 multiplicando el término de la derecha de la ecuación por n, número de recolectores. Dw = n(Nw) Pscs + tw (s + a + bx)/ (1 - W) H = 2 {(4,88 viajes/sem) (3,01 h/viaje) + (5 viajes/sem) 0,10 h/viaje + 0,016 h/viaje + (0,018 h/mi) (15 mi/viaje)} / (1 - 0,15) (8 h/día) = 4,89 recolector - días/sem.
Debido a que se utilizan dos recolectores se necesitarán 2,45 días/sem. Comentario. En casi todos los casos, la mayoría de los datos usados en estos ejemplos serían conocidos por el diseñador y la información faltante podría ser, fácilmente, determinada de estudios limitados de campo o estimada de datos presentados en este capítulo. También se debiera notar que una suposición clave en este ejemplo es la de que se harán dos viajes diarios. Discusión El análisis anterior de sistemas de acarreo de recipiente y recipiente estacionario ilustra los tipos de relaciones que existen entre las varias componentes de los si s temas de recolección de desechos sólidos. No se pretende que esta presentación será un compendio de tales relaciones, sino más bien para indicar los tipos de datos que se deben reunir para evaluar adecuadamente tales sistemas. En los ejemplos 6.1 a 6.4 se ha ilustrado la aplicación de estas relaciones. Al finalizar la siguiente sección se presenta un ejemplo adicional en el cual se aplican estas relaciones, tratando con las rutas de recolección. 6.4.
RUTAS DE RECOLECCION
Una vez se han determinado las necesidades de equipo y mano de obra se deben trazar las rutas de recolección de manera que la fuerza de trabajo y el equipo sean utilizados eficazmente. En general, el trazado de las rutas de recolección es un proceso de aproximaciones. No hay reglas fijas que se puedan aplicar a todas las situaciones. Algunos de los factores que se deben tomar en cuenta cuando se están trazando rutas son los siguientes. 1. 2. 3.
4.
Se deben identificar las políticas y las normas existentes relacionadas a aspectos tales como el punto y la frecuencia de la recolección. Se deben coordinar condiciones existentes del sistema como tamaño de la cuadrilla y el tipo de los vehículos. Siempre que sea posible, se deben trazar las rutas de manera que empiecen y terminen cerca de vías arterias, utilizando las barreras topográficas y físicas como límites de las rutas. En áreas montañosas, las rutas deben empezar en la parte más alta y continuar hacia abajo a medida que se carga el camión.
5. 6. 7. 8.
Las rutas se deben trazar de manera que el último recipiente a ser recolectado sobre la ruta sea el más cercano al lugar de disposición. Los desechos producidos en lugares congestionados por el tráfico se deben recolectar tan temprano como sea posible. Las fuentes en las cuales se produzcan cantidades extremadamente grandes de desechos deben ser atendidos durante la primera parte del día. Los lugares dispersos de recolección donde se producen pequeños cantidades de desechos sólidos que reciben la misma frecuencia de recolección deben, si es posible, ser atendidos durante un viaje en el mismo día.
Trazado de Rutas los pasos generales incluidos en el establecimiento de las rutas de recolección comprenden: 1) preparación de mapas que muestran los datos y la información pertinentes relacionados con las fuentes de producción de desechos, 2) datos de análisis y cuando se requiera, preparación de tablas resúmenes de información, 3) trazado preliminar de rutas, y 4) comparación de rutas preliminares y el desarrollo balanceado de rutas por aproximaciones. El paso número uno se discute adelante. Debido a que la aplicación de los pasos 2, 3 y 4 es diferente para los sistemas de acarreo de recipiente, cada uno de los sistemas se discutirá por separado. Después de una breve discusión de la preparación de horarios de rutas, el trazado de rutas para los sistemas de acarreo de recipiente y recipiente estacionario se ilustra en el ejemplo 6.5. En las Referencias 6 y 13 se pueden encontrar detalles adicionales sobre el trazado de rutas de recolección. Paso 1. Sobre un mapa de escala relativamente grande de las áreas comercial, industrial o residencial, se deben dibujar los siguientes datos para cada punto de recolección de desechos sólidas: localización, número de recipientes, frecuencia de la recolección y, si se utiliza el sistema de recipiente estacionario con compactadores de autocargue, la cantidad estimada de desechos a ser recolectados en cada recogida. Para ayudar al análisis del problema, se pueden usar los siguiente símbolos. Sistema de acarreo del recipiente F N
Sistema de recipiente estacionario Compactadores de Vehículos cargados a mano autocargue SW NF
Donde F N SW
= = =
frecuencia de recolección número de recipientes cantidad de desechos sólidos recolectados, yd3/ viaje
=
un recipiente, una vez por semana
= =
dos recipientes, una vez por semana servicio ilimitado, una vez por semana
=
un recipiente, dos veces por semana
=
dos recipientes, dos veces por semana
=
servicio ilimitado, dos veces por semana
Para sistemas de acarreo del recipiente, la tasa de producción de desechos en cada punto de recogida no es importante debido a que generalmente no tiene efecto directo sobre el trazado de las rutas de recolección. Para sistemas de "recipiente estacionario, sin embargo, la tasa de producción de desechos en cada punto de recogida determina el número de recipientes que se pueden vaciar por viaje. Para fuentes residenciales, generalmente, se supone que se recogerá la misma cantidad de cada fuente (servicio). Debido a que para el trazado de rutas se usa el método de aproximaciones, se debe usar papel transparente una vez se han incluido los datos básicos sobre el mapa de trabajo. Dependiendo del tamaño del área y del número de puntos de recogida, el área se debe subdividir en áreas rectangulares y cuadradas que más o menos correspondan a áreas funcionales del uso de la tierra. Para localizaciones con menos de 20 a 30 puntos de recogida, generalmente, no es necesario este paso. Para áreas más grandes puede ser necesario subdividir cada una de las áreas funcionales en áreas pequeñas teniendo en cuenta factores tales como las tasas de producción de desechos y la frecuencia de la recolección, Pasos 2, 3 y 4 para Sistemas de Acarreo del Recipiente. Suponga que se van a establecer rutas de recolección para el área hipotética y uso funcional mostrados en la Figura 6.19 y que además de los datos que aparecen sobre el mapa se conocen los siguientes datos (preparados en el paso l). Vehículos de recolección : Operación de recolección : Número promedio de viajes por día :
camión grúa 5 días/sem 9
Paso 2. Primero resuma el número de lugares de recolección, cada uno de los cuales recibe la misma frecuencia de recolección como se muestra en las columnas 1 y 2 de la Tabla 6.7. A continuación determine el número de recipientes que recibe la misma frecuencia de recolección y se van a recoger cada día, como se muestra en las columnas 4 a 8 de la Tabla 6.7. Con esta información se pueden trazar las rutas preliminares de recolección.
Fig. 6-19. Plano de un área típica funcional. Paso 3. Partiendo de la estación de despacho o donde sea el parque de los vehículos, trace rutas de recolección para cada día de manera que empiecen y terminen cerca de la estación de despacho. En la Figura 6.19 se muestra una ruta típica para el lunes. La operación de recolección debe realizarse de manera lógica, tomando en cuenta factores tales como condiciones del tráfico, tipo de actividad, etc. Paso 4. Cuando se hayan trazado cinco rutas preliminares, se debe calcular la distancia media a ser recorrida entre recipientes. Si las rutas no están balanceadas, se deben diseñar de manera que cada ruta cubra aproximadamente la misma distancia. En general, se debe ensayar un número de rutas de recolección antes de seleccionar las rutas definitivas. Cuando se requiera más de un vehículo de recolección, se deben trazar rutas de recolección para cada área funcional y se deben balancear las cargas de trabajo para cada conductor. El trazado de las rutas no siempre será tan ordenado y eficiente como el que se nuestra en la Figura 6.19. El mayor problema es con los acarreadores particulares quienes entran en competencia abierta por clientes. Sin embargo, aún en estos casos, la delimitación de áreas funcionales será útil. Los límites de uso funcional se deben ajustar para reflejar clientes agregados o perdidos. Pasos 2, 3 y 4 para Sistemas de Recipiente Estacionario. (Con compactadores de autocargue). Suponga que se han trazado las rutas para el área que se muestra en la Figura 6-20 y que además de los datos que aparecen en el mapa se conocen los siguientes datos (preparados en el paso 1). Vehículo de recolección: 30 yd3 compactador de autocargue. Relación de Compactación: 3 Número de días de la semana en que se realizará la operación de recolección: 3 (lunes, miércoles y viernes).
TABLA 6.7. RESUMEN DE DATOS DE UN AREA TIPICA DE USO FUNCIONAL* Recolec/sem
(1) 1 2 3 4 5 TOTAL *
Número de puntos de recogida (2) 10 3 3 0 4
Viajes/sem (1) x (2) (3) 10 6 9 0 20 45
Número de recipientes (reciben la misma frecuencia de recolección) vaciados por día Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes (4) (5) (6) (7) (8) 2 2 2 2 2 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 9 9 9 9 9
Ver Figura 6.16 para plano área típica de uso funcional.
Fig. 6.20. Plano de un área comercial típica. Número de viajes por día: 1 Paso 2. Primero, estime la cantidad de desechos recolectados de los lugares de recolección servidos cada día que se realiza la operación de recolección. De la Figura 6.20 se puede ver que hay ocho lugares a ser atendidos durante cada día de recolección, y que la cantidad de desechos a ser recolectados es de 64 yd3. Debido a que el volumen efectivo del vehículo de recolección es de 90 yd3 (30yd3 x 3), se pueden recoger 26 yd3 adicionales de desechos de lugares restantes para llenar el vehículo de recolección. Además, la inspección de la Figura 6.20 revela que dos lugares producen un total de 16 yd3 y deben ser recolectados dos veces por semana. Si se supone que estos lugares serán atendidos los lunes y miércoles, los desechos adicionales que se deben recoger de otros lugares los lunes, miércoles y viernes serán 10,10 y 26 yd3 respectivamente. Estas cantidades se deben recoger de lugares que son atendidos una vez por semana. Paso 3. Una vez se conoce la información anterior, se puede proceder a trazar las rutas de recolección como sigue: Partiendo de la estación de despacho 0 donde son estacionados los vehículos de recolección, se debe trazar una ruta de recolección de manera que una todos los puntos de recogida a ser atendidos durante cada día de recolección. Esta ruta se debe trazar de manera que el último de estos lugares sea el más próximo al lugar de disposición. La línea continua que se muestra en la Figura 6.20, con excepción de la parte que incluye dos lugares servidos una vez por semana, es la ruta básica para este ejemplo simplificado. El siguiente paso es modificar la ruta básica para incluir los lugares adicionales de recolección que serán atendidos antes de completar la carga Estas modificaciones se deben hacer de manera que una cierta área o porción del área sea atendida con cada ruta de recolección como se muestra en la Figura 6.20. Para áreas grandes, que han sido subdivididas y son atendidas a diario, será necesario establecer rutas básicas en cada área
subdividida: en algunos casos entre ellas, dependiendo del número de viajes que se pueden hacer por día. Paso 4. Cuando se han trazado las rutas de recolección se debe determinar la densidad real en el recipiente y la distancia de acarreo para cada ruta. Utilizando estos datos, se deben comprobar los requerimientos de mano de obra contra el tiempo disponible por día. En algunos casos puede ser necesario reajustar las rutas de recolección para balancear la carga de trabajo. Después de haber establecido las rutas, ellas se deben trazar sobre un mapa maestro. Horarios Se debe preparar un horario maestro de cada ruta de recolección para ser utilizado por el departamento de ingeniería y el despachador del transporte. El conductor debe preparar un horario para cada ruta, sobre el cual se puede encontrar el lugar y el orden de cada punto de recolección a ser atendido. Además, se debe mantener un libro de ruta por conductor de camión. El conductor utiliza el libro de ruta para chequear la localización y el status de los usuarios. También es un lugar conveniente donde se registra cualquier problema con los usuarios. Ejemplo 6.5. Trazado de Rutas de Recolección y Análisis de Sistemas de Recolección. Trace las rutas de recolección para un sistema de acarreo de recipiente y un sistema de recipiente estacionario para el servicio en el área que se muestra en la Figura 6.21 (un mapa como el que se muestra en la Figura 6.21 será preparado como el primer paso en el trazado de rutas de recolección). Para ambos sistemas determine la distancia máxima desde el punto B a que se puede localizar el sitio de disposición, de manera que la cantidad de trabajo especificado se pueda realizar en un día de 8 horas. Suponga que se cumplen las siguientes condiciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Recipientes con una frecuencia de recolección de dos veces por semana deben ser recogidos los martes y viernes. Recipientes con una frecuencia de recolección de tres veces por semana deben ser recogidos los lunes, miércoles y viernes. Los recipientes se pueden recoger desde cualquier lado de la intersección cuando están colocados. Cada día empieza y termina en la estación de despacho, (punto A). Para el sistema de acarreo de recipiente, la recolección se hará de lunes a viernes. Los recipientes acarreados se intercambiarán en lugar de devolverlos a los lugares de origen (Ver Figura 6.13b). Los datos de operación para el sistema de acarreo de recipiente son como siguen: a) b)
Tiempo de recogida y descarga del recipiente = 0,033 h/viaje Tiempo en el sitio de disposición 0,053 h/viaje
Fig. 6.21. Area de servicio de recolección de desechos sólidos para el ejemplo 6.5.
8.
9.
10.
Para el sistema de recipiente estacionario, sólo se hará recolección cuatro días en la semana, (lunes, martes, miércoles y viernes) con un viaje diario solamente. Para el sistema de recipiente estacionario, el vehículo de recolección será un compactador de autocargue con una capacidad de 35 yd3 y una relación de compactación de 2. Los datos de operación para el sistema de recipiente estacionario son como sigue: a) b) c)
11. 12.
Tiempo de descargue del recipiente = 0,050 h/recipiente Tiempo en el sitio de disposición = 0,10 h/viaje Constante para estimar el tiempo de viaje entre lugares de los recipientes: a1 = 0,060 h/viaje y b1 = 0,067 h/mi.
Determine el tiempo de acarreo para ambos sistemas usando las siguientes constantes de acarreo: a = 0,080 h/viaje b = 0,025 h/mi. Factor de fuera de ruta para ambos sistemas = 0,15.
Solución 1.
Sistema de acarreo del recipiente a)
Arregle en una tabla un resumen de los datos reportados en la Figura 6.21 (paso 2 para trazar rutas), como sigue: Las rutas variarán de una a otra solución, pero los recipientes 11 y 20 se deben recoger los lunes, miércoles y viernes y los recipientes 17, 27 , 28 y 29 se deben recoger los martes y viernes. La solución óptima será la de recoger un número igual de recipientes en cada día lo mismo que conducir distancias iguales cada día. Si un día tiene más recolecciones a hacer o una mayor distancia a conducir, entonces la ruta de ese día tomará más tiempo y limitará, además, la distancia a que se puede localizar el sitio de disposición.
b)
Suponiendo que los recipientes se intercambian de sitio, trace rutas balanceadas de recolección para cada día de la semana por aproximaciones (pasos 3 y 4).
Recoleccio N° de N° de nes por lugares de viajes/se semana recolección m. 1 26 26 2 4 8 3 2 6 Total 32 40
i)
Número de recipientes vaciados por día (reciben la misma frecuencia de recolección) Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes 6 4 6 8 2 4 4 2 2 2 8 8 8 8 8
Las rutas semanales resultantes y los cálculos de las distancias se muestran en las siguientes tabulaciones.
ii)
c)
Las rutas limitantes para el sistema de acarreo del recipiente son los días martes, miércoles, jueves y viernes, en los cuales cada ruta tiene ocho recipientes y alrededor de 86.000 pies a ser recorridos entre los puntos A y B.
Determine la distancia máxima desde el punto B al sitio de disposición. i)
Determine el tiempo de recogida por viaje. Debido a que se utiliza el sistema de intercambio del recipiente, el tiempo de recogida por viaje, consta del tiempo necesario para recoger cada recipiente. phcs = =
pc + uc (0.033 h/viaje) + (0.033 h/viaje) = 0.066 h/viaje
ii)
Tabulaciones de ruta semanal y distancia para el sistema de acarreo del recipiente. Ejemplo 6.5. Vea Tabla 6.8.
iii)
Determine la distancia de acarreo del viaje completo usando la Ecuación 6.5. H =
Nd (phcs + s + a + b X) / (1 - W)
8 h/día = (8 viajes/d) 0.066 h/viaje + 0.053 h/viaje) 0,080 h/viaje + (0,025 h/mi) (X) / ( 1 - 0,15) (1 - 0,15) - 0,20 h/d = (0,025 h/mi (x) viaje/día x = 26 mi/viaje iv)
Determine la distancia del punto B al sitio de disposición. Distancia del viaje completo desde B. =
(26,0 mi/viaje) - (86,000 pie/día) / (5,280 pie/mi x (8 viajes/día)
=
24 mi/viaje (38,6 Km/viaje)
Distancia desde B hasta el sitio de disposición (20 mi/viaje) / 2 = 12 mi/viaje (19,3 Km/viaje) 2. Sistema de recipiente estacionario
TABLA 6.8.
HORARIO DE RECOLECCION PARA EL SISTEMA DE ACARREO DEL RECIPIENTE EN EL EJEMPLO 6.5
Recipiente Recorridos entre Distancia Recogido cuales puntos recorrida 1000 pies LUNES Aa1 6 1 1aB 11 9 Ba9aB 18 11 B a 11 a B 14 20 B a 20 a B 10 22 B a 22 a B 4 30 B a 30 a B 6 19 B a 19 a B 6 23 B a 23 a B 4 BaA 5 TOTAL 84 MARTES Aa7 1 7 7aB 4 10 B a 10 a B 16 14 B a 14 a B 14 17 B a 17 a B 8 26 B a 26 a B 12 27 B a 27 a B 10 28 B a 28 a B 8 29 B a 29 a B 8 BaA 5 TOTAL 86 MIERCOLES Aa3 2 3 3aB 7 8 Ba8aB 20 4 Ba4aB 16 11 B a 11 a B 14 12 B a 12 a B 8 20 B a 20 a B 10 21 B a 21 a B 4 31 B a 31 a B 0 BaA 5 TOTAL 86
Recipiente Recorridos entre Distancia recogido cuales puntos recorrida 1000 pies JUEVES Aa2 4 2 2aB 9 6 Ba6aB 13 18 B a 18 a B 6 15 B a 15 a B 8 16 B a 16 a B 8 24 B a 24 a B 16 25 B a 25 a B 16 32 B a 32 a B 2 BaA 5 TOTAL 86 VIERNES A a 13 2 13 13 a B 5 5 Ba5aB 16 11 B a 11 a B 14 17 B a 17 a B 8 20 B a 20 a B 10 27 B a 27 a B 10 28 B a 28 a B 8 29 B a 29 a B 8 5 TOTAL 86
a)
Arregle una tabla resumen para los datos reportados en la Figura 6.21 (paso 2 para trazado de rutas). Las rutas de recolección para el sistema de recipiente estacionario variarán, pero es indispensable recolectar los recipientes 11 y 20 los lunes, miércoles y viernes y los recipientes 17, 27, 28 y 29 los martes y viernes. Nuevamente, la solución óptima será tener un número igual de recipientes para ser recogidos cada día lo mismo que distancias iguales para recorrer cada día.
Recolecciones por semana 1 2 3 TOTAL
b)
Desechos totales, yd3 178 48 51 277
Cantidad de desechos recolectados por día, yd3 Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes 53 45 52 0 28 24 0 24 17 17 0 17 70 69 69 0 69
Trace rutas balanceadas de recolección por aproximaciones, en términos de la cantidad de desechos recolectados (pasos 3 y 4). Note que la cantidad máxima de desechos que se pueden recoger por día es de 70 yd3 (35 yd3 x 2). En las siguientes tabulaciones se muestran las rutas resultantes y el cálculo de las distancias. Debido a que se recoge el mismo número de recipientes todos los días, el día limitante será el martes con un recorrido de alrededor de 28.000 pies entre los puntos A y B. i)
Tabulaciones de rutas semanales y distancia para el sistema de recipiente estacionarlo, Ejemplo 6.5. Vea Tabla 6.9. ii) Distancia recorrida entre los puntos A y B. Día Lunes Martes Miércoles Viernes
Distancia pies 26.000 28.000 26.000 22.000
TABLA 6.9.
PROGRAMA DE RECOLECCION PARA EL SISTEMA DE RECIPIENTE ESTACIONARIO DEL EJEMPLO 6.5.
Orden de relación del Cantidad de recipiente desechos, yd3 Lunes
Orden de recolección Cantidad de recipiente desechos, yd3 Miércoles
13
5
18
9
7
7
12
4
6
10
11
9
4
8
20
8
5
8
24
9
11
9
25
4
20
8
26
8
19
4
30
5
23
6
21
7
32
5
22
7
Total
70
Total
69
Martes
Viernes
2
6
3
4
1
8
10
10
8
9
11
9
9
9
14
10
15
6
17
7
16
6
20
8
17
7
27
7
27
7
28
5
28
5
29
5
29
5
31
5
Total
68
Total
70
c)
Suponga que la distancia media recorrida entre los puntos A y B es igual a 25.500 pies y que la distancia media entre los recipientes es igual a 2.550 pies (25.500110) = 0,48 mi. Determine el tiempo de recolección por recipiente utilizando una forma modificada de la Ecuación 6.9. Pscs = Ct (uc + dbc) = Ct uc + (a1 + b1 x1) = (10 recipientes/viaje) 0,050 h/recipiente + 0,060 h/recipiente + 0,067 h/mi)/(0.48 mi/recipiente) = 1,42 h/viaje
d)
Determine la distancia máxima de acarreo por viaje completo desde el punto B al sitio de disposición usando la Ecuación 6.13. H=
Nd (Pscs + s + a + bx) / (1 - W)
8 h/día =
(1 viaje/día) 1,42 h/viaje + 0,10 h/viaje + 0,080 h/viaje + (0,025 h/mi) (x)/ (1 - 0,15)
8 (1 - 0,15) - 1,6 h/día = (0,025 h/mi) (x)viaje/día X = e)
5,2/0,025 = 208 mi/viaje (335 Km/viaje)
Determine la distancia desde el punto B al sitio de disposición. Distancia del punto 8 al sitio de disposición. =
(208 mi/viaje)/2 = 104 mi/viaje (167 Km/viaje)
Comentario. Nuevamente acá, como se anotó previamente en el Ejemplo 6.2, la ventaja competitiva del sistema de recipiente estacionario es clara cuando se comparan las distancias del viaje completo. 6.5.
TECNICAS AVANZADAS DE ANALISIS
El interés en un análisis de los sistemas de recolección de desechos sólidos surge de la necesidad de mejorar (optimizar) la operación de sistemas existentes y desarrollar datos y técnicas que se puedan utilizar para diseñar o evaluar sistemas nuevos o futuros. En el pasado, el diseño y la operación de sistemas de recolección de desechos sólidos estaban basados, en gran parte en la experiencia y la intuición. A medida que los sistemas de recolección y las operaciones han crecido en tamaño y complejidad, este método ha demostrado ser menos confiable. La razón principal es la de que, debido a las muchas variables, operaciones, e interrelaciones que se deben considerar (en sistemas gran des), el manejo se ha convertido en una estructura tal que ninguna puede conocer o comprender todo el sistema. Ahora se están aplicando técnicas y herramientas, desarrolladas en áreas relacionadas, para solucionar problemas de recolección de desechos, en un esfuerzo por operar eficazmente
sistemas existentes y diseñar nuevos sistemas. Términos tales como análisis de sistemas, investigación de operaciones, sistemas de simulación y modelos de sistemas y operaciones se están convirtiendo en parte del vocabulario en este campo y se anticipa que la ingeniería de sistemas encontrará aplicaciones todavía más amplias en el análisis de sistemas de recolección de desechos. Además, el propósito de esta sección es discutir brevemente algunas técnicas avanzadas que han sido aplicadas en el análisis de sistemas de recolección de desechos sólidos. Análisis de Sistemas El análisis o ingeniería de sistemas se ocupa de la selección de relaciones, procedimientos y elementos apropiados para alcanzar un propósito especifico. Est a definición es general y se puede usar en una variedad de contextos. Por ejemplo, los análisis de sistemas se pueden aplicar al diseño de sistemas de recolección de desechos sólidos o a la selección de combinaciones de equipo necesario para el acarreo, por ferrocarril, de desechos sólidos para la disposición. Dependiendo de la naturaleza de los sistemas en investigación, las técnicas de análisis de sistemas, tales como investigación de operaciones y simulación, han encontrado amplia aplicación. Algunos textos hacen la distinción de que la investigación de operaciones trata con la operación de sistemas existentes mientras que la simulación trata de estudio y diseño de sistemas nuevos o propuestos. Estas dos técnicas están incluidas dentro del campo de la ingeniería de sistemas. En realidad, a partir del desarrollo de la investigación de operaciones y otras técnicas operacionales se originó el término ingeniería de sistemas, la cual depende del uso de tales técnicas. Investigación de Operaciones El campo de investigación de operaciones se desarrolló primero en Inglaterra en un contexto militar, a principios de los años 1940 (2). En un sentido general se puede definir como el enfoque científico de la toma de decisiones que comprende las operaciones de cualquier sistema organizado. El significado de esta definición se puede entender más claramente en términos de los pasos u operaciones que caracterizan un estudio de investigación de operaciones (3). 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Formulación del problema. Construcción de un modelo matemático para representar el sistema de estudio. Obtención de una solución del modelo. Prueba del modelo y la solución obtenida de él. Establecimiento de controles sobre la solución Poner la solución a trabajar: implementación.
Con algunas generalizaciones, también se puede usar esta misma lista para describir pasos involucrados en un estudio de ingeniería de sistemas. En tal estudio, la fase de construcción del modelo puede incluir el uso de una variedad de modelos diferentes. También puede ser estudiado el comportamiento de los sistemas propuestos, utilizando modelos de simulación (Vea la siguiente discusión). Para mayores detalles, se pueden consultar las Referencias 2 y 12.
Simulación La simulación se puede definir como la conducción de experimentos que comprenden modelos físicos, análogos o simbólicos, los cuales se usan para describir la respuesta del sistema (o sus componentes) bajo estudio. Mientras que la investigación de operaciones se ocupa de la formulación y solución de modelos matemáticos que representan sistemas reales, la simulación es utilizada para describir la operación de sistemas reales y propuestos en términos de sus componentes individuales. Los experimentos se realizan con modelos porque los experimentos con cualquier sistema real de recolección de desechos sólidos pueden ser imposibles de realizar (8, 10). Simulando la operación del sistema propuesto es posible hacer predicciones acerca de él y estudiar los efectos de cambios en los vehículos, rutas y sitios de transferencia y disposición. Un modelo se puede definir como una representación de algún sujeto de investigación (tales como objetos, eventos, procesos, sistemas, etc.). Generalmente, tal modelo se usa con el propósito de controlar la operación o su predicción. Los tipos generales de modelos de simulación que han sido usados para propósitos representacionales son icónicos, análogos y simbólicos (3). Se dice que son icónicos los modelos que aparecen como lo que ellos representan. Ejemplos de modelos icónicos son los modelos a escala de laboratorio de un canal hidráulico, puente o estructura. Son modelos análogos, los modelos en los que se usa un conjunto de propiedades para modelar otro conjunto. El modelo de una malla de tubos que usan componentes eléctricos es un método familiar de modelo análogo usado en el campo de distribución de agua para ciudades. Son simbólicos los modelos en los cuales los símbolos o grupos se usan para representar la componente o sistema de estudio. Los modelos simbólicos se usan más comúnmente en el análisis de sistemas de recolección de desechos sólidos debido a que son los más generales y se pueden alterar fácilmente. Esto es importante debido al tamaño y la complejidad de los sistemas que se deben modelar. En este contexto, los modelos usados para las operaciones de recolección de desechos sólidos, tales como los descritos antes en este capítulo, deben representar simbólicamente lo que tiene lugar en el campo hasta el límite en que el proceso es identificable y puede ser cuantificado. Aplicaciones Las técnicas mencionadas se pueden aplicar a: 1) 2) 3)
La evaluación de sistemas existentes El diseño de nuevos componentes dentro de sistemas existentes, y El diseño de sistemas nuevos o propuestos
Evaluación de Sistemas Existentes. El propósito acá es evaluar el funcionamiento o eficiencia de operaciones de recolección y el equipo existente, y mejorar la operación de sistemas en funcionamiento (7, 10). Las evaluaciones de sistemas existentes, generalmente,
se basan en comparaciones económicas, en las cuales se comparan los costos entre la operación existente y sistemas o métodos alternos recomendados de operación. Un ejemplo clásico de tal análisis ocurrió en las Estados Unidos en la mayoría de las instalaciones militares cuando se h izo aparente que el costo de utilizar el sistema de acarreo del recipiente (ver Figura 6.6) era significativamente mayor que el costo de utilizar el sistema de recipiente estacionario con compactadores y auto cargue mecánico (Ver Figura 6.10). En muchos sistemas de recolección, pueden resultar economías del análisis y la reorganización de rutas de recolección. En este caso las relaciones componentes deben ser acopladas a un modelo de rutas para encontrar la combinación óptima de rutas sujetas a las restricciones dadas del sistema. El problema de encontrar la ruta óptima de recolección tiene una analogía directa en el campo de la investigación de operaciones donde se encuentra un problema similar en el diseño de rutas de viaje de un vendedor. En textos de investigación de operaciones se hace referencia al "problema de viajes del agente viajero" (2,3). Modificación de Sistemas Existentes. Otra aplicación extremadamente valiosa de estas técnicas es la modificación de sistemas existentes a la luz de cambios tecnológicos y operacionales. Por ejemplo, si un grupo de ciudades en un área metropolitana va a adoptar el acarreo ferroviario como un medio apropiado de disposición, se tendrán que modificar muchas de las rutas de recolección existentes para minimizar los costos de recolección. Diseño de Sistemas Propuestos. Los problemas planteados en el diseño de nuevos sistemas generalmente están relacionados a la falta de datos específicos, tales como las cantidades de desechos sólidos que se producirán y las características de los sistemas de recolección a ser usados. La cantidad de desechos sólidos a ser producidos se convierte en una consideración más importante en operaciones de recolección industrial o comercial debido a que las tasas de producción, generalmente, no son fijas, pero siguen algún patrón de frecuencia estadística. En estas situaciones se pueden utilizar más efectivamente las técnicas de simulación. Por ejemplo, la cantidad de desechos sólidos a ser esperados se pueden estimar usando técnicas de simulación .(9, 10). En la mayoría de los casos, se pueden utilizar datos de operaciones- existentes en el desarrollo y verificación de estos modelos. El desarrollo de modelos de simulación es discutido en las Referencias 5, 8, 10 y 15. El diseño de sistemas de recolección propuestos también involucra la misma suerte de procedimiento, utilizando (1) datos simulados de producción de desechos, (2) distribución de patrones de producción (ejemplo: puntos de recolección propuestos) y (3) alternativas de disposición. Con base en esta información, se investigan un número de sistemas alternos, utilizando un sistema de modelo de simulación. Entonces se deben evaluar las soluciones alternas en términos de criterio ingenieril y consideraciones de factores intangibles. Discusión La aplicación efectiva de estas técnicas avanzadas requiere que el problema bajo investigación esté bien definido. Se ha dicho que "un problema bien definido está medio resuelto". Desafortunadamente, la verdad de esta declaración a menudo se aprecia
únicamente después del hecho o cuando es demasiado tarde para modificar el curso. La aplicación de estas técnicas a problema pobremente definido sólo puede conducir a la frustración y a desconfiar de las técnicas, las cuales, si se aplican adecuadamente, podrían ayudar materialmente a mejorar la operación de todos los tipos de sistemas de recolección de desechos sólidos. 6.6.
TOPICOS DE DISCUSION Y PROBLEMAS
6.6.1. Conduzca alrededor de su comunidad e identifique los principales tipos de sistemas y equipos usados para la recolección de desechos sólidos residenciales y comerciales. Seleccione dos o más sistemas comunes, y el tiempo de varias actividades asociadas con la recolección de desechos. ¿Cómo se comparan sus valores con los datos dados en este capítulo? Si sus cifras son apreciablemente diferentes, explique ¿por qué? 6.6.2. Determine las constantes a y b de la ecuación de acarreo para los siguientes datos: Velocidad media de acarreo, y, mi/h. 10 21 30 34 37,5 38 39,5 38,8 40
Distancia de viaje completo, x, mi/viaje 0,8 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0
6.6.3. Usted es el ingeniero Municipal en una ciudad de tamaño medio de un sector rural. Durante una reunión del Concejo Municipal se le pidió a usted comparar el método de recolección satélite con el más tradicional de servicio de recolección en la acera y callejuelas que la ciudad está prestando. Sorprendido, porque usted durmió durante las cuatro horas que precedieron de debate sobre los méritos del slogan de la ciudad, usted trata de ordenar sus pensamientos. ¿Cuáles son algunas consideraciones importantes que se deben traer a discusión? 6.6.4. Desarrolle una ecuación similar a la presentada en este capítulo que se pueda usar para determinar las necesidades de mano de obra para un sistema de recipiente estacionario empleando vehículos satélites de recolección, Ver Figura 6.3 y Referencia 4). 6.6.5. Debido a la diferencia de opinión entre funcionarios municipales, usted ha sido llamado como un consultor de afuera para evaluar la operación de recolección de la ciudad de Davisvilla. El aspecto básico se centra alrededor de la cantidad de tiempo empleado por los recolectores en actividades fuera de ruta. Los recolectores dicen que ellos gastan menos del 15% de cada día de trabajo de 8 horas en actividades fuera de ruta; la dirección alega que la cantidad de tiempo gastado es mayor de 15%. Usted ha recibido la siguiente información que ha sido verificada por los recolectores y la dirección.
1. 2.
3. 4. 5. 6.
7. 8.
9.
Se utiliza un sistema de acarreo de recipientes, sin intercambio de los mismos. El tiempo medio empleado conduciendo desde el patio de la corporación hasta el primer recipiente es de 20 minutos y no ocurren actividades de fuera de ruta. El tiempo medio de recogida del recipiente es de 6 min. El tiempo medio de recorrido entre recipientes es de 6 min. El tiempo medio necesario para vaciar el recipiente en el sitio de disposición es de 6 min. La distancia promedio de viaje completo al sitio de disposición es de 10 mi/viaje, y la ecuación de acarreo es (a + bx) las constantes son a = 0,004 h/viaje y b = 0,02 h/mi. El tiempo necesario para depositar un recipiente después de haberlo vaciado es de 6 min. El tiempo medio empleado en el recorrido desde el último recipiente hasta el patio de la corporación es de 15 min. y no ocurren actividades de fuera de ruta. El número de recipientes vaciados por día es de 10.
De esta información, determine si la verdad está de lado de los recolectores o de la administración. 6.6.6. La cantidad de desechos sólidos producidos por semana en un complejo residencial grande es de alrededor de 600 yd3. Hay dos recipientes, cada uno con una capacidad de 40 galones detrás de cada casa. Los desechos sólidos son recolectados por una cuadrilla de dos personas que utilizan un compactador cargado a mano de 35 yd3 una vez a la semana. Determine el tiempo por viaje y las necesidades semanales de mano de obra en personasdía. El sitio de disposición está localizado a 15 millas de distancia, las constantes de la velocidad de acarreo a y b son 0,08 h/viaje y 0,025 h/mi, respectivamente; el tiempo en el sitio de disposición es de 0,10 h/viaje; el factor de fuera de ruta es 0,15; el factor de utilización del recipiente es 0,7 y la relación de compactación es 2. Suponga que la recolección se basa en un día de 8 horas. 6.6.7. Una ciudad desea determinar el impacto de una nueva subdivisión de servicios de recolección de desechos sólidos. La subdivisión añadirá 150 casas nuevas. Una cuadrilla de dos personas recogerá los desechos dos veces por semana, utilizando un compactador de 24 m3 cargado a mano. El tamaño permitido de recipiente es de 0,14 m3. Se estima que habrá 3,2 personas por vivienda y que cada persona botará 2,5 Kg. de desechos diarios. Determine el número de recipientes que se necesitarán por vivienda, el factor promedio de utilización del recipiente, y la necesidad semanal de mano de obra en personas- día. La relación de compactación para el vehículo de recolección es 2,5, la densidad media de los desechos sólidos en los recipientes es 120 Kg/m3, el sitio de disposición está situado a 25 Km. y las constantes de la velocidad de acarreo a y b son 0,08 h/viaje y 0,015 h/Km, respectivamente. La recolección es en la acera excepto para personas de edad (alrededor del 5%) quienes reciben el servicio en el patio de atrás.
6.6.8. Va a ser ocupada una nueva área residencial compuesta de 800 viviendas separadas, de poca altura. Suponga que se harán dos o tres viajes por día al sitio de disposición; diseñe el sistema de recolección y compare las dos alternativas. Los siguientes datos son aplicables: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 9. 10.
Tasa de producción de desechos sólidos = 0.032 yd3/día/casa Recipientes por servicio = 2 Tipo de servicio = 75 por ciento en la acera y 25% detrás de la casa Frecuencia de la recolección = una vez por semana El vehículo de recolección es un compactador de carga por detrás con una relación de compactación de 2,5 Duración del día de trabajo = 8h Cuadrilla de recolección = 2 personas 8. Distancia del viaje completo = 20 mi Constantes de acarreo: a = 0,08 h/viaje y b = 0,025 h/mi Tiempo en el lugar de disposición por viaje = 0,083 h/viaje
6.6.9. La Corporación TT & E tiene cuatro instalaciones de negocios convenientemente localizados a 5 mi una de otra y a 5 mi del sitio de disposición. TT & E actualmente utiliza un sistema convencional de acarreo del recipiente con grandes recipientes abiertos por encima. Se ha sugerido a TT & E que pudiera ahorrar dinero alquilando un quinto recipiente de la compañía de recolección de desechos a un costo de $ 120/mes y cambiando el modo de operación al de intercambio de recipiente, Ver Figura 6.13b. Cada lugar será atendido 8 veces por mes. El recipiente extra será almacenado en la estación de despacho de la compañía encargada de la recolección. Suponiendo que los costos de operación son $ 20/h, calcule los costos de ambos sistemas. ¿Es una decisión sabia para la TT & E alquilar el quinto recipiente? Suponga que a = 0,034 h/viaje y b = 0,029 h/mi para todos los casos. Con claridad formule cualquier suposición adicional. 6.6.10. Su amigo y amiga están buscando un trabajo a tiempo parcial. Usted vive en una pequeña comunidad rural que no recibe servicio regular de recolección de desechos sólidos. Su amigo piensa que sería una buena idea prestar el servicio de recolección de desechos utilizan do su nuevo pick-up de 3/4 ton. con tracción en las cuatro ruedas. Hay 30 casas y cada casa utiliza dos recipientes de 32 galones. Todas las casas recibirán servicio desde el patio de atrás una vez por semana. Las constantes de acarreo son 0,08 h/viaje y 0,025 h/mi. Suponga que el tiempo en el sitio de disposición es igual a 0,5 h. La distancia de acarreo en viaje completo al sitio de disposición es de 32 mi. El tamaño del platón del pick-up es de 6 x 8 x 3 pies. Suponiendo que su amigo y amiga pueden dedicar 10 h/sem, a este proyecto, ¿pueden ellos hacer el trabajo? 6.6.11. Usted ha sido llamado a someter una propuesta para evaluar la operación de recolección de residuos sólidos en su universidad. Prepare una propuesta en forma esquemática, para someter a consideración de la universidad. Anote claramente las divisiones más importantes o tareas en las cuales sería dividido el esfuerzo de trabajo. Basado en su conocimiento actual, estime las personas- mes de esfuerzo que serían necesarias para hacer el trabajo del esquema de su propuesta. Utilice un formato tipo esquema para contestar esta pregunta.
6.6.12. Trace rutas de recolección para el área residencial que se muestra en la Figura 6.22. Suponga que los siguientes datos son aplicables: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Ocupantes por residencia = 4,0 Tasa de producción de desechos sólidos = 3,5 lb/ha/día Frecuencia de la recolección = una vez por semana Tipo de servicio de recolección = acera Tamaño de la cuadrilla de recolección = una persona Capacidad del vehículo de recolección = 30 yd3 La densidad de los desechos sólidos compactados en el vehículo de recolección es igual a 552 lb/yd3
6.6.13. Trace rutas de recolección para el área que se muestra en la Figura 6.22 usando los datos dados en el problema 6.12, suponiendo que las calles 4 y 6 son de una sola vía de Sur Norte y que la 5 y la 7 son de una vía de Norte a Sur. 6.6.14. Prepare un resumen de una página de la Referencia 10. ¿Cree usted que los métodos y técnicas discutidas en este artículo son aplicables en su comunidad?
Fig. 6.22. Area Residencial de servicio para los problemas 6.12. y 6.13.
6.7.
REFERENCIAS
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American Public Works Association – “Municipal Refuse Disposal”, 3d ed., Public Administration Service, Chicago, 1970.
2.
American Public Works Association, Institute for Solid Wastes: “Solid Waste Collection Practice,” 4th ed., American Public Works Association, Chicago, 1975.
3.
Churchman, C.W., R.L. Ackoff, and L.D. Arnoff: “Introduction to Operations Research," Wiley, New York, 1957.
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Delaney, J.E.: Satellite Vehicle Waste Collection Systems, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-82ts. 1, Washington, D.C. 1972.
5.
Golueke, C. G. and P.H. McGauhey: Comprehensive Studies of Solid Wastes Management, First Annual Report, Sanitary Engineering Research Laboratory, SERL Report 67-7, University of California, Berkeley, 1967.
6.
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7.
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8.
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9.
Naylor, T.H., J.L. Balintfy, D.S. Burdick, and K. Chu: “Computer Simulation Techniques”, Wiley, New York, 1966.
10.
Quon, J.E., A. Charnes, and S.J. Wenson: Simulation and Analysis of a Refuse Collection System, Proceedings ASCE, Journal of the Sanitary Engineering Division, vol. 91, no. SA5, 1965.
11.
Stone, Ralph, and Company, Inc.: A Study of Solid Waste Collection Systems Comparing One- Man with Multi-Man Crews, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Public Health Service, Publication 1982, Washington, D.C. 1969.
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Sasieni, M., A. Yaspan, and L. Friedman.: “Operations Research Methods and Problems”, Wiley, New York, 1959.
13.
Shuster, K.A. and D.A. Schur: Heuristic Routing for Solid Waste Collection Vehicles, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-113, Washington, D.C., 1974.
14.
Tchobanoglous, G. and G. Klein: An Engineering Evaluation of Refuse Collection Systems Applicable to the Shore Establishment of the U.S. Navy, Sanitary Engineering Research Laboratory, University of California, Berkeley, 1962.
15.
Truitt, M.M., J. C. Liebman, and C.W. Kruse: Mathematical Modeling of Solid Waste Collection Policies, vols. 1 and 2, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Public Health Service, Publication 2030, Washington, D.C. 1970.
16.
University of California: An Analysis of Refuse Collection and Sanitary Landfill Disposal, Technical Bulletin 8, Series 37, University of California Press, Berkeley, 1952.
7.
TRANSFERENCIA Y TRANSPORTE
En el campo de los desechos sólidos, el elemento funcional de transferencia y transporte se refiere a los medios, instalaciones y equipos utilizados para efectuar la transferencia de desechos de vehículos de recolección relativamente pequeños a vehículos más grandes y a transportarlos sobre distancias largas ya sea a centros de procesado o a sitios de disposición. Así, la discusión en este capítulo se centra sobre: 1. 2. 3. 4.
La necesidad de operaciones de transferencia Descripciones de los principales tipos de estaciones de transferencia Medios y métodos alternos de transporte La localización de estaciones de transferencia
Se anota que las estaciones de transferencia pueden estar en los mismos lugares que las estaciones de procesado o en lugares completamente separados. (Las estaciones de procesado, a su vez, pueden estar en los mismos lugares de las estaciones de transferencia, en lugares separados o en los mismos lugares de los sitios de disposición). Se anota además, que por simplicidad en este capítulo se denomina generalmente al sitio de disposición como al punto de destino de los vehículos. Donde sea aplicable, sin embargo, el centro de procesado es un destino alterno (intermedio). 7.1.
LA NECESIDAD DE OPERACIONES DE TRANSFERENCIA
Las estaciones de transferencia se pueden usar con éxito con casi cualquier tipo de sistema de recolección. Los factores que tienden a hacer atractivo el uso de operaciones de transferencia incluyen: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
La presencia de botaderos ilegales y grandes cantidades de desperdicios dispersos. La localización de sitios de disposición relativamente distantes de las rutas de recolección (generalmente más de 10 mi). El uso de camiones de recolección de poca capacidad (generalmente por debajo de 20 yd3. La existencia de áreas residenciales de poca densidad (lotes de un acre o más con callejuelas largas). El uso generalizado de recipientes de tamaño medio para la recolección de los desechos de fuentes comerciales y El uso de sistemas de recolección hidráulicos o neumáticos.
Las operaciones de transferencia y transporte se vuelven necesarias cuando las distancias de transporte a sitios disponibles de disposición o a centros de procesado aumentan hasta el punto en que el acarreo directo no es factible económicamente. También se vuelven necesarios cuando los sitios de disposición o procesado están en lugares remotos y no se puede llegar directamente a ellos, por carretera. Estas situaciones se discuten en esta sección.
Distancias Excesivas de Acarreo En los primeros días, cuando se usaron carros tirados por caballos para la recolección de desechos sólidos, era una práctica común botar el contenido de los carros cargados en algún vehículo auxiliar para el transporte al sitio de disposición o a algún punto intermedio para procesado (8). Sin embargo, con el advenimiento del moderno camión de motor y la disponibilidad de combustible de poco costo, se abandonó la transferencia en la mayoría de las ciudades y se adoptó el acarreo directo. Hoy día, con el aumento de los costos de mano de obra, operación y combustibles, la tendencia está revirtiendo y nuevamente vuelven a ser comunes las estaciones de transferencia. Generalmente, la decisión de emplear estaciones de transferencia está basada en economía. Por ejemplo, en el capítulo 6 (Ejemplos 6-2 y 6-5), se demuestran claramente las ventajas económicas y el tiempo para el sistema de recipiente estacionario sobre el sistema de acarreo del recipiente. Expresado simplemente, es más barato acarrear un gran volumen de desechos en grandes incrementos sobre una distancia grande que acarrear un gran volumen de desechos en pequeños incrementos sobre una distancia grande. Esto se ilustra en el Ejemplo 7.1. los aspectos administrativos concernientes al uso de operaciones de transferencia son considerados en el Capítulo 15. Ejemplo 7.1. Comparación Económica de Alternativas de Transporte. Determine el tiempo equivalente para sistema de acarreo del recipiente y recipiente estacionario comparado a un sistema que usa operaciones de transferencia y transporte para transportar desechos recolectados de un área metropolitana a un sitio de disposición por relleno sanitario. Suponga que son aplicables los siguientes datos de costos: 1.
Costos de transporte a) b) c)
2.
Sistema de acarreo del recipiente utilizando un camión grúa con un recipiente de 8 yd3 = $ 8/h Sistema de recipiente estacionario utilizando un compactador de 20 yd3 = $ 12/h Unidad de transporte tractor-trailer-trailer con una capacidad de 120 yd3 = $ 16/h
Otras costos a) b)
Costos de operación de la estación de transferencia incluyendo amortización = $ 0,30/yd3 Costos de tiempo extra de descargue para la unidad de transporte tractor-trailer-trailer comparado al costo para otros vehículos 0,05/yd3
Solución 1.
Convierta los datos de costo de acarreo a unidades de dólares por yarda cúbica por minuto (vea comentarios al final de este ejemplo)
Camión grúa = $ 0,0167 /yd3/min Compactador = $ 0,0100/yd3/min Equipo de transferencia = $ 0,0022/yd3/min
a) b) c) 2.
3.
a) b)
Prepare un gráfico como el mostrado en la Figura 7.1 del costo por yarda cúbica versus el tiempo de conducir el viaje completo, expresado en minutos, para las tres alternativas. Determine los tiempos equivalentes para los sistemas de acarreo del recipiente y recipiente estacionario, Ver Figura 7.1. Sistema de acarreo del recipiente = 23 min Sistema de recipiente estacionario = 46 min
Así, por ejemplo, si se utiliza un sistema de recipiente estacionario y el tiempo del viaje completo al sitio de disposición es mayor de 46 min, se debe investigar el uso de estaciones de transferencia.
Fig. 7.1. Evaluación económica de los medios alternos de transporte para el Ejemplo 7.1. Comentario. En la mayoría de los artículos y libros de referencia que tratan del acarreo de desechos sólidos sobre distancias largas, los datos de costos se expresan en términos de dólares por tonelada por minuto o dólares por tonelada por milla. Esta práctica es
ampliamente aceptada para el análisis de estaciones de transferencia debido a que el peso es la medida más critica para el movimiento en autopista o carretera. Sin embargo, tales datos de costos pueden ser desorientadores cuando las densidades de los desechos sólidos varían apreciablemente de un lugar a otro o de recipiente a recipiente. Por ejemplo, si la densidad de los desechos en dos recipientes de camiones grúa varían por un factor de 3, entonces las comparaciones de costos de acarrear los dos recipientes del mismo tamaño sobre la base por tonelada tiende a ser equivocada debido a que el costo real es el mismo para ambos. De otro lado, una comparación basada en dólares por yarda cúbica por minuto o dólares por minuto sería valiosa en la comparación de las dos operaciones. Sitios de Disposición o Centros Remotos de Procesado Las operaciones de transferencia se deben usar cuando el sitio de disposición o estación de procesado está en un lugar remoto tal que no es factible el transporte convencional por carretera únicamente. Por ejemplo, las estaciones de transferencia se necesitan cuando se deben usar carros sobre rieles o barcazas en el océano para transportar desechos al punto de disposición final. Si los desechos sólidos son transportados por tubería, generalmente es necesaria una combinación de estación de transferencia- procesado. Estos temas son considerados en las siguientes secciones. 7.2. ESTACIONES DE TRANSFERENCIA Las estaciones de transferencia, como su nombre lo indica, se usan para llevar a cabo la remoción y transbordo de los desechos sólidos del vehículo de recolección y otros vehículos pequeños a equipos de transporte más grande. Las estaciones de transferencia se pueden clasificar con respecto a la capacidad como sigue: pequeñas, menores de 100 ton/día; medianas, entre 100 y 500 ton/día; y grandes más de 500 ton/día. Aunque los detalles específicos varían con el tamaño, los factores importantes que se deben considerar incluyen: 1) el tipo de operaciones de transbordo a ser utilizado, 2) capacidad requerida, 3) necesidades de equipo y accesorios, y 4) exigencias de saneamiento. Tipos de Estaciones de Transferencia Dependiendo del método usado para cargar los vehículos de transporte, las estaciones de transferencia se pueden clasificar en tres tipos: 1) descargue directo, 2) descargue de almacenamiento, y 3) combinación de descargue directo y descargue con almacenamiento. Descargue Directo (Grande). En una estación de transferencia de gran capacidad de descargue directo, los desechos en los vehículos de recolección generalmente son vaciados directamente en el vehículo a ser usado para transportarlos a un lugar de disposición final. Para real izar esto, generalmente las estaciones de transferencia son construidas en una disposición a dos niveles. Se puede elevar la plataforma o dique de descargue, desde el cual son descargados los desechos de los vehículos de recolección, en los trailers de transporte, o se pueden colocar los trailers de transporte en una rampa baja, Ver Figura 7.2 las secciones de la instalación que se muestran en la Figura 7.2 y las fotografías de algún equipo utilizado se muestran en la Figura 7.3. En algunas estaciones de transferencia de descargue directo, el contenido de los vehículos de recolección puede ser vaciado sobre la
plataforma de descargue si los trailers están llenos. Entonces los desechos son empujados dentro de los trailers de transporte. La operación de estaciones de transferencia de descargue directo, como la que se muestra en la Figura 7-2, se puede resumir como sigue. A la llegada a la estación de transferencia, todos los vehículos acarreando desechos son pesados por el jefe de pesado, quien entonces indica donde se deben descargar los desechos entregando al conductor un número apropiado de ubicación. Después de haber descargado los vehículos de recolección, son pesados nuevamente y se determina la tarifa del volteo. Los vehículos comerciales que normalmente usan la estación de transferencia reciben cartas de crédito que muestran el nombre de la firma y el peso neto del camión, eliminando así la segunda pesada para estos vehículos. A medida que son cargados los traliers, los desechos en el trailer son trasladados y compactados con un cargador de almeja montado sobre un tractor de llantas de caucho, Ver Figura 7.3b. Cuando los trailers están llenos ose ha colocado el máximo tonelaje permitido en ellos, como lo indica el jefe de pesado, son retirados y preparados para la operación de transporte. Descargue Directo (Medianas y Pequeñas). La disposición de estaciones de transferencia de mediana y poca capacidad depende de la aplicación específica y las condiciones del lugar. Un ejemplo de una estación de transferencia cubierta de mediana capacidad que emplea compactadores estacionarios se muestra en la Figura 7.4. La decisión de cubrir una estación de transferencia depende, generalmente, de las condiciones locales del clima y de preocupaciones ambientales. En las Figuras 7.5 y 7.6, se muestran dos estaciones de transferencia de descargue directo de poca capacidad. En la estación que se muestra en la Figura 7-5, se usa un compactador estacionarlo y un recipiente abierto arriba. Los objetos compresibles son descargados en la tolva del compactador estacionario y los objetos voluminosos, como refrigeradores, son descargados en el recipiente abierto arriba. Tal estación de transferencia sería utilizada por el público general (debe ser atendida cuando está en uso) como una alternativa para conducir a algún sitio de disposición distante. Las estaciones de transferencia de este tipo con frecuencia son llamadas ''centros de conveniencia pública". La estación de transferencia de descargue directo utilizada en áreas rurales y de recreación que se muestra en la Figura 7.6 está diseñada de manera que los recipientes cargados sean vaciados en un sistema de recipiente estacionario para transporte al sitio de disposición. En el diseño y distribución de tales estaciones, que generalmente no están atendidas, la consideración básica debe ser la simplicidad. Este no es lugar para sistemas mecánicos complejos. El número de recipientes usados depende del área servida y la frecuencia de la recolección que se puede dar. Para facilitar el descargue, la parte superior de los recipientes puede estar a alrededor de 1,0 metro sobre la parte superior de la plataforma de descargue. En forma alterna, la parte superior de los recipientes se puede dejar a nivel con el área de descargue, Ver Figura 7-7, y se puede excavar el área detrás de los recipientes para proveer
Fig. 7.2. Estación típica de transferencia de descargue directo con trailers ubicados en la rampa baja (Orange County, California 12 )
Fig. 7.3. Instalaciones y equipos usados en la estación de transferencia que se muestra en la Fig. 7.2. Orange County, California. a) Vista desde el extremo mostrando los trailers en posición debajo de la tolva de cargue en la rampa inferior y el cargador de almeja montado sobre un tractor de neumáticos de caucho, a nivel del suelo, en la plataforma de descargue. b) el cargador de almeja se usa para cargar y compactar desechos en trailers y recoger desechos dispersados sobre la plataforma de descargue.
espacio para maniobrar los vehículos de recolección cuando es vaciado el contenido de los recipientes (6). Descargue con almacenamiento. En la estación de transferencia con almacenamiento de la descarga, los desechos son vaciados en un foso de almacenamiento o sobre una plataforma desde donde son cargados en los vehículos de transporte por varios tipos de equipo auxiliar. Quizá el ejemplo mejor conocido de este tipo de estación de transferencia es la instalación de San Francisco, que se muestra esquemáticamente en la Figura 7.8 y descriptivamente en la Figura 7.9.
Fig. 7.4. Estación de transferencia cubierta de capacidad media equipada con compactadores estacionados 7
Fig. 7.5. Estación de transferencia de poca capacidad con compactadores estacionarios y recipiente abierto arriba 3
Fig. 7.6. Estación de transferencia de descargue directo para áreas de recreación rurales 6 En esta estación, todos los camiones de recolección que llegan son encaminados a una estación de pesaje computarizada donde cada camión es pesado. Además, el jefe de pesaje registra el nombre de la compañía de descargue, la identificación del camión particular y el tiempo de llegada. Entonces el jefe de pesaje dirige al conductor ya sea al lado de Este u Oeste de la entrada principal de la estación de transferencia cubierta. Una vez adentro, el conductor retrocede el vehículo de recolección a un ángulo de 50° del borde de una fosa central de almacenamiento de desechos. El contenido del vehículo es vaciado en la fosa, Ver Figura 7.9a, y el vehículo es conducido fuera de la estación de transferencia.
Fig. 7.7. Pequeña estación de transferencia rural de conveniencia pública con recipientes abiertos arriba colocados contra el muro de retención al mismo nivel de la plataforma de descargue. (Dpto. de Salud Pública de California, Oficina de control de vectores). Dentro del área de la fosa, se usan dos buldozer para separar los desechos y empuñarlos dentro de las tolvas de cargue que están localizadas en un extremo de la fosa, Ver Figura 7.9b. Dos grúas articuladas de cuchara, localizadas sobre el otro lado de las tolvas, se usan para remover cualquier desecho que pudiera ocasionar daño a los trailers de transporte. Los desechos caen dentro de los trailers a través de las tolvas localizadas sobre escalas (balanzas) en un nivel inferior, ver Figura 7.9c. Cuando se ha alcanzado el peso permisible, el operador de la grúa lo indica al conductor del camión. Los trailers cargados entonces son conducidos fuera del área de cargue y se colocan mallas de alambre sobre la parte superior abierta del trailer para prevenir que los papeles u otros desechos sólidos caigan fuera durante el transporte.
Fig. 7.8. Estación de transferencia cubierta de gran capacidad (2000 ton/día) de descargue con almacenamiento. San Francisco.
Combinación de descargue directo y descargue con almacenamiento. En algunas estaciones de transferencia se usan los métodos de descarga directa y descargue con almacenamiento. Generalmente hay instalaciones de propósito múltiple diseñadas para servir a un número más amplio de usuarios que una instalación de propósito único. En la Figura 7.10 se muestra el plano de una estación, de transferencia de propósito múltiple, diseñada para uso por el público general y varias agencias de recolección de desechos. Además de servir a un número más amplio de usuarios, una estación de transferencia de propósito múltiple también puede albergar una operación de recuperación de materiales.
Fig. 7.9. Detalles de la operación de la estación de transferencia de San Francisco, del almacenamiento y descargue mostrando en la Figura 7.8. a) interior de la estación de transferencia; el contenido de los vehículos de recolección es vaciado en el foso de almacenamiento. Se utilizan los tractores para romper los desechos y empujarlos a las tolvas utilizadas para cargar los trailers y a las instalaciones de procesado, Ver Figura 7.9d. b) los desechos sólidos son empujados a las tolvas de cargue de los trailers donde caen por gravedad a los trailers parqueados sobre básculas de plataforma localizada en el nivel más bajo, Ver Figura 7.4. Un cargador hidráulico estacionario se usa para ayudar en la operación de cargue.
c) vista exterior de la combinación tractor- trailer- trailer ubicados bajo la tolva de cargue y el vehículo de recolección que sale de la estación de transferencia en el nivel superior. d) desechos sólidos empujados para alimentar el transportador de cargue a las instalaciones de separación de metales ferrosos. Construidos después de que se construyó la estación de transferencia; las instalaciones de separación se construyeron para procesar alrededor de 100 ton de desechos sólidos por día.
La operación se puede describir como sigue: todos los transportadores (el público en general lo mismo que los transportadores comerciales) que deseen utilizar la estación de transferencia deben registrarse en la casa de pesaje. Los vehículos grandes de recolección comercial son pesados y se timbra una tarjeta de cliente comercial que se entrega al conductor del vehículo. El conductor entonces marcha directo a las tolvas de cargue del trailer al lado Sur de la estación de transferencia, retrocede el vehículo hasta la tolva y vacía los desechos directamente en el trailer del transporte. De allí el conductor regresa el vehículo a la casa de pesaje para volver a pesar el vehículo desocupado y devolver la tarjeta de cliente. Se registra el peso del vehículo vacío mientras se calcula una tarifa de servicio. En la comunidad donde se usa esta estación de transferencia, todos los desechos de alimentos y putrescibles son recogidos por agencias de recolección. Además, todos los desechos putrescibles son descargados directamente en trailers de transporte para despacho diario al lugar de disposición. Los residentes en esta comunidad y pequeños acarreadores independientes también transportan cantidades apreciables de desechos de jardines, recortes de árboles y desechos voluminosos (estufas, cortadoras de césped, neveras, etc.) a la estación de transferencia. Todos los automóviles, trailers tirados por automóviles y camionetas que contienen desechos deben ser registrados al entrar y salir de la casa de pesaje. Estos vehículos no son pesados pero los usuarios pagan una tarifa de descargue que es recibida en la casa de pesaje por el asistente quien entrega un recibo de pago en efectivo. El asistente comprueba visualmente la carga de desecho para determinar si contiene metales recuperables. Si es así, el asistente instruye al conductor para depositar los metales en el área de recuperación antes de dirigirse al área de descargue y almacenamiento público. Con referencia a la Figura 7.10, una vez se han pasado las básculas, los vehículos no comerciales se mueven ya sea hacia el área de descargue de o directamente al área de descargue si no hay materiales recuperables. Un empleado de la estación de transferencia ayuda en el descargue de todos los materiales recuperables. Si la carga de desecho contiene una cantidad previamente determinada de materiales recuperables, se da paso libre al conductor para el tipo de vehículo en el cual se entregaron los desechos para uso futuro. El conductor procede entonces hasta el lugar de descargue almacenado y descarga cualquier desecho remanente. Si no hay materiales recuperables, el conductor se dirige directamente al área pública de descargue. Esta área está separada del área de descargue directo utilizada por los vehículos comerciales, por las dos aberturas de las tolvas de 40 pies de cargue de los trailers. Los desechos voluminosos y recortes que se acumulan en el área de descargue son empujados periódicamente a una de las tolvas de cargue por un cargador de neumáticos. Se debe tener cuidado en la selección y diseño de tales estaciones de transferencia, debido a que el costo de agregar instalaciones de propósitos múltiples frecuentemente, no se justifica en términos de los beneficios obtenidos. Los usuarios de la estación y los métodos de descargue deben estar separados para prevenir interferencias y accidentes entre los grandes camiones recolectores y los vehículos privados más pequeños. Generalmente, la separación física de las áreas de descargue es la única manera positiva de mantener la eficiencia del sistema.
Fig. 7.10.
Estación de transferencia con operación de recuperación en la que se combina la descarga directa y la descarga con almacenamiento (División de manejo de desechos sólidos, Sacramento County).
Necesidades de Capacidad En el planeamiento y diseño de instalaciones de transferencia se deben evaluar tanto: la necesidad de capacidad de almacenamiento como la de operación. La capacidad operacional de una estación de transferencia debe ser tal que los vehículos de recolección no tengan que esperar demasiado para descargar. En la mayoría de los casos, no será efectivo, con relación al costo, diseñar la estación para manejar el número máximo de cargas horarias. Idealmente, se debe hacer un análisis económico de concesiones. Por ejemplo; para ambos tipos de estaciones de transferencia, el costo anual del tiempo perdido por los vehículos de recolección esperando para descargar debe ser negociado contra el aumento anual del costo de una estación más grande y/o el uso de más equipo de transporte. Debido al costo creciente del equipo de transporte, también se debe hacer un análisis de concesiones entre la capacidad de la estación de transferencia y el costo de la operación de transporte, incluyendo ambos componentes: equipo y mano de obra. Por ejemplo, en una situación dada, puede ser más efectivo, en cuanto a costo se refiere, aumentar la capacidad de una estación de transferencia y operarla con menos vehículos de transporte aumentando las horas de trabajo que usar una estación de transferencia más pequeña y comprar más vehículos de transporte. En una estación de transferencia donde se almacena el descargue, la capacidad equivalente de almacenamiento varía desde la mitad hasta un día de volumen de desechos. La capacidad también varía con el tipo de equipo auxiliar usado para cargar los vehículos de transporte. Rara vez la capacidad nominal de almacenamiento excederá al volumen de dos días de desechos. Necesidades de Equipo y Accesorios El equipo y los accesorios usados en combinación con una estación de transferencia dependen de las funciones de la estación en el sistema de manejo de los desechos. En una estación de transferencia de descargue directo, se necesita cierta clase de aparato, generalmente con neumáticos, para empujar los desechos a los vehículos de transferencia. Se necesita otro aparato para distribuir los desechos e igualar la carga en los vehículos de transferencia. Los tipos y cantidad de equipo necesario varían con la capacidad de la estación. En una estación de transferencia de almacenamiento de la descarga, se necesitan uno o más tractores para romper los desechos y empujarlos a la tolva de cargue. Se necesita equipo adicional para distribuir los desechos e igualar las cargas. En algunas instalaciones se ha usado con éxito una grúa de almeja para ambos propósitos. Se deben suministrar básculas a todas las estaciones medianas y grandes para registrar la operación y desarrollar un manejo significativo y datos de ingeniería. Las básculas son también necesarias cuando la estación de transferencia va a ser usada por el público y los pagos se basan en el peso. Si se van a usar básculas, generalmente, será necesario proveer un área cubierta para ellas. La casa de pesaje, como se le llama comúnmente, también debe tener una oficina equipada con teléfono, y un sistema de comunicación en dos sentidos de manera que el jefe de pesaje pueda hablar con los conductores. Se debe construir una instalación completa si la estación de transferencia se va a usar como centro de despacho o centro administrativo para una operación de recolección de desechos.
Para una instalación administrativa se deben proveer: un salón para almorzar, salones de reuniones, oficinas, salones para guardar efectos personales, duchas y sanitarios. Exigencias Sanitarias Mediante la construcción y operación apropiadas, se puede hacer mínimas las características objetables de transferencia. La mayoría de las estaciones de transferencia modernas grandes están cercadas y son construidas con materiales que se pueden mantener y limpiar fácilmente. En la mayoría de los casos, se usa construcción a prueba de incendios. Para las estaciones de transferencia de descargue directo con áreas abiertas de cargue, se debe dar atención especial al problema de papeles volando. Comúnmente se usan mallas de viento y otras barreras. Independientemente del tipo de estación, el diseño y la construcción deben ser tales que se eliminen todas las áreas accesibles donde la basura o papel se pueden acumular (2). La mejor manera de mantener el saneamiento total de una estación de transferencia es controlar continuamente la operación. Los desechos sólidos que se derramen deben ser recogidos inmediatamente o en cualquier caso no se debe permitir que se acumulen durante más de 162 horas. Las aspersiones de agua des de arriba se usan a menudo para asentar el polvo en el área de almacenamiento de la descarga en la estación transferencia. Para prevenir la inhalación de polvo, los trabajadores deben usar máscaras para polvo. En la estación de transferencia de San Francisco, los tractores en el área del foso tienen cabinas cerradas equipadas con aire acondicionado y unidades de filtración del polvo. 7.3.
MEDIOS Y METODOS DE TRANSPORTE
Los medios principales para transportar desechos sólidos usados ahora son: vehículos a motor. ferrocarriles y tanqueros en el océano; también se han usado sistemas neumáticos e hidráulicos; se han sugerido otros sistemas, pero la mayoría no han sido ensayados. Transporte en vehículos a motor Donde el punto de disposición final puede ser alcanzado en vehículos a motor los medios más comunes utilizados para transportar desechos sólidos desde estaciones de transferencia son trailers, semitrailers y compactadores. Se pueden usar todos los tipos de vehículos junto con cualquier tipo de estación de transferencia. En general, los vehículos usados para acarreo en autopistas de be satisfacer los siguientes requisitos: 1) los desechos deben ser transporta dos a un mínimo costo, 2) los desechos deben estar cubiertos durante la operación de acarreo, 3) los vehículos deben ser diseñados para tráfico en auto pistas, 4) la capacidad del vehículo debe ser tal que no se excedan los límites permitidos de peso, y 5) los métodos usados para el descargue deben ser simples y confiables. Trailers y Semitrailers. En años recientes, debido a su simplicidad y confiabilidad, los trailers y semitrailers han encontrado amplia aceptación (Ver Figura 7.11). Los semitrallers se pueden usar como el primero o segundo trailer en combinaciones tractor- trailer- trailer cuando están equipados para ser usados con un carrito apoyado en el frente, dando así flexibilidad a la operación.
Fig. 7.11. Vehículos típicos de transporte usados junto con instalaciones de transferencia a) trailer de 96 yd3 abierto arriba con piso móvil con mecanismo de descargue (Ver Fig. 7.12a) b) Trailer cerrado de 75 yd3 usado con compactador estacionario (Ver Fig. 8.3.) El trailer es descargado con un eyector de placa interno, c) trailers de 70 a 75 yd3 abiertos arriba y descargados con rampas inclinadas hidráulicas. (Ver Fig. 7.13).
TABLA 7.1. DATOS SOBRE VEHICULOS DE ACARREO USADOS AMPLIAMENTE Y ESTACIONES DE TRANSFERENCIA DE CAPACIDAD MEDIA Número de trailers
Estación
70
12.5
8
27
2,000
23 tractortrailertrailer 19 tractor-trailer
70
12
8
33
2,000
19 unidades trailer 10 unidades solas
75 96
14 19
8 8
27 unidades solas
96
19
8
Capacidad Ton/día
Estación No. 3, Orange County, California San Francisco, California
960
NOTA:
Dimensiones trailer único Altura aprox. vacío pie 13.5
Localización
Seattle, Washington
Capacidad por trailer yd3 tons
yd3/ día x 0.7646 = m3/ día yd3 x 0.7646 = m3 pie x 0.3048 = m
Ancho pie
Largo pie
Longitud de las unidades tractor y trailer
Método usado para cubrir los desechos
Método usado para descargar trailers
65
Lona impermeable Cable
13.5
61
Malla de alambre
Rampa de volteo
28 40
13.5 13.5
60
40
13.5
60
Cubierta articulada Malla de nilon Cubierta articulada Lona de neopreno Cubierta articulada
en sitio de disposición cadena- dirigida Piso móvil cable de alambre de elevación
El volumen máximo que puede ser acarreado en vehículos por autopistas depende de las normas vigentes en el estado en el cual son operados. Estas normas generalmente limitan las dimensiones exteriores de los vehículos o combinaciones de vehículos, lo mismo que el peso por eje y el peso total. Para maximizar la carga, los trailers de transporte son a menudo diseñados de manera que sean más altos que el límite legal cuando están vacíos y más bajos cuando están llenos. En la Tabla 7.1 se resumen datos típicos sobre el transporte en trailers. Los métodos usados para descargar trailers de transporte se pueden clasificar como: 1) auto- vaciado y 2) necesitan la ayuda de equipo auxiliar. Los trailers de transporte de autovaciado son mecanismos tales como lechos de volteo hidráulico, diafragmas movidos por energía y pisos movibles que son parte del vehículo. los pisos móviles son una adaptación de equipo usado en la industria de la construcción para descargar trailers que acarrean grava y asfalto. La operación de dos tipos diferentes de sistemas de pisos móviles se muestra esquemáticamente en la Figura 7.12. El piso móvil generalmente tiene dos o más secciones que se extienden a lo ancho del trailer. Así, si una sección se vuelve inoperable, el piso móvil no previene el descargue debido a que el sistema funcionará con la sección (es) remanentes operables. Este rasgo es importante en términos de la confiabilidad del sistema. Otra ventaja del trailer de piso móvil es el tiempo de giro rápido (normalmente 6 a 10 minutos) alcanzado en el sitio de disposición sin la necesidad de equipo auxiliar. En algunos diseños la parte de atrás del trailer se hace más grande para facilitar la operación de descargue. Trailers como los que se muestran en la Figura 7.12 están equipados con sumideros para recoger cualquier líquido que se acumule de los desechos sólidos. Los sumideros están equipados con drenajes de manera que se puedan vaciar en el sitio de disposición. Los sistemas de descargue que requieren equipo auxiliar generalmente son del tipo de empuje, en los cuales los desechos son empujados fuera del camión ya sea por una placa móvil o por cables deslizantes colocados frente a la carga. la desventaja de necesitar equipo auxiliar y una fuerza para descargar en el lugar de disposición es relativamente menor en vista de la simplicidad y confiabilidad del método. Sin embargo, una desventaja adicional es el tiempo inevitable de espera durante el cual el vehículo de acarreo permanece en el lugar de disposición hasta que se pueda colocar el equipo auxiliar en la posición requerida. Otro sistema auxiliar de descargue que ha demostrado ser muy efectivo y eficiente comprende el uso de rampas inclinables, operadas hidráulicamente, ubicadas en el sitio de disposición. Operacionalmente, el semitrailer de una combinación tractor- trailer- trailer da marcha atrás sobre la rampa inclinada y se desengancha el tractor- trailer- trailer, Ver Figura 7.13. Una vez desenganchado, la combinación tractor- trailer da marcha atrás a una segunda rampa. Se abren las partes de atrás de los trailers y entonces se inclinan hasta que los desechos caigan afuera por gravedad, en el área de disposición. Después de haber sido vaciados, el tractor- trailer y el semitrailer vuelven a sus posiciones originales. El tractortrailer es conducido fuera de la rampa y se da marcha atrás a la rampa usada por el semitrailer. El semitrailer es enganchado nuevamente y el vehículo de transferencia vuelve a la estación de transferencia. El tiempo necesario para toda la operación de descargue típicamente es de alrededor de 6 minutos por viaje.
Fig. 7.12. Sistemas de descargue de piso móvil para trailers de transporte (a) piso móvil de cinta continua, (b) piso móvil de enrollar.
Fig. 7.13. Operaciones de descargue usando rampas inclinables hidráulicamente. a) Trailer trasero siendo llevado atrás sobre la rampa para descargue. b) A medida que se incline sobre la rampa, los desechos sólidos caen por gravedad. c) Rampa inclinable en posición de inclinación completa.
Compactadores. En un número de estaciones de transferencia también se usan recipientes de gran capacidad junto con compactadores, Ver Figura 7.5. En algunos casos, el mecanismo de compactación es parte integral del recipiente. En la Tabla 7.2 se reportan datos representativos para tales unidades. Cuando los recipientes están equipados con mecanismo de compactación propio, la placa móvil usada para comprimir los desechos también se usa para descargar los desechos compactados. El contenido de los recipientes usados con compactadores estacionarios generalmente es descargado inclinando el recipiente y permitiendo que el contenido caiga por gravedad. El descargue puede ser un problema si los desechos se comprimen demasiado. También se dispone de varios aparatos de eyección para vaciar el contenido de los recipientes. El aparato más común es la placa móvil que es halada por cables. Otros vehículos. Para el transporte de desechos sólidos en uno u otro tiempo se ha usado cualquier tipo imaginable de vehículo. Debido a que una discusión completa de tipos alternos de vehículos está fuera del alcance de este texto, se recomiendan las referencias 1, 2, 5 y 11. Transporte Ferroviario Aunque en el pasado se utilizaron los ferrocarriles para el transporte de desechos sólidos (4), ahora sólo se usan en pocas oportunidades. Sin embargo, nuevamente se está desarrollando un interés renovado en el uso de ferrocarriles para acarrear desechos sólidos, especialmente a áreas remotas donde es difícil el transporte por carretera y existen líneas ferroviarias y donde hay tierra disponible adyacente, a la propiedad de los ferrocarriles, para ser llenada. Se recomiendan las referencias 1, 2 y 8 si se está considerando el uso del transporte ferroviario. Transporte por Agua Se han utilizado barcazas, chalanas y botes especiales para transportar desechos sólidos a los lugares de procesado y a sitios de disposición en la costa y en el mar, pero la disposición en el mar no se hace ahora en los Estados Unidos (2). No obstante, se han usado algunas embarcaciones autopropulsadas (tales como las chalanas para desechos de la Armada de los Estados Unidos y otras embarcaciones especiales), la práctica más común es utilizar embarcaciones arrastradas por remolcadores y otros barcos especiales. Uno de los mayores problemas encontrados cuando se utilizan embarcaciones para el transporte de desechos sólidos en el océano es el de que frecuentemente es imposible mover las barcazas y botes durante las tormentas o época de mar agitado. En tales casos, se deben almacenar los desechos y puede ser necesario construir instalaciones costosas de almacenamiento. Sistemas de Transporte Neumáticos, Hidráulicos y Otros Para transportar desechos sólidos se han utilizado ductos a baja presión y al vacío. La aplicación más común es el transporte de desechos desde apartamentos de alta densidad
TABLA 7.2. DATOS TIPICOS SOBRE RECIPIENTES UTILIZADOS CON COMPACTADORES ESTACIONARIOS Y UNIDADES DE RECIPIENTE- COMPACTADOR PARA ESTACIONES DE TRANSFERENCIAS MEDIANAS Y PEQUEÑAS. Dimensiones Tipo
Capacidad yd3
Ancho Pies
Largo pies
Alto pies
Peso Aproxi. Libras
Observaciones
Recipiente Pequeño
20
8
14
6
8,000
Mediano
30
8
18
6
9,000
Grande
45
8
22
9
10,000
Pequeño
3.7
6.5
6.5
4.5
1,500
Mediano
15
7.5
15
6
6,000
Grande
30
8
22
8
9,000
Las aberturas de las puertas de los recipientes están unidas al compactador estacionario, generalmente son reforzadas
Recipiente- Compactador
NOTA:
yd3 x 0.7646 = m3 pie x 0.3048 = m lb x 0.4536 = kg
Disponibles consumideros impermeables y puertas a prueba de escapes. Otras características según pedidos.
poblacional o actividades comerciales a un lugar central para procesado o cargue en vehículos de transporte. El sistema neumático más grande en los Estados Unidos se utiliza ahora en el parque de diversiones de Walt Disney World en Orlando, Florida. En la Figura 7.14 se muestra la disposición del Sistema. Desde el punto de vista de diseño operación, los sistemas neumáticos son más complejos que los sistemas hidráulicos debido a las complejas válvulas de control y los mecanismos anciliarios requeridos. La necesidad de utilizar ventiladores o turbinas de alta velocidad complican más la instalación desde el punto de vista del mantenimiento. Debido a que los costos de tales instalaciones son elevados, ellas son más eficientes con relación al costo cuando se usan en instalaciones nuevas. El concepto de utilizar agua para el transporte de desechos no es nuevo. El transporte hidráulico ahora se usa, comúnmente, para el transporte de una parte de los desechos de alimentos (donde se utilizan molinos domésticos). Uno de los mayores problemas con este método es el de que el agua o agua servida utilizada para transportar los desechos debe ser, finalmente, tratada. Como un resultado de la solubilización, la concentración orgánica de esta agua residuales considerablemente mayor que la de otra agua residual. Los sistemas hidráulicos pueden ser prácticos en áreas donde las instalaciones apropiadas de procesado o postprocesado se incorporan en el sistema de tratamiento. General mente, tales aplicaciones están limitadas a áreas con altas densidades de población.
Fig. 7.14. Sistema neumático de recolección de desechos sólidos para Walt Disney World (AVAC Systems Inc.).
Otros sistemas que han sido sugeridos para el transporte de residuos sólidos incluyen varios tipos de transportadores, colchón de aire y trole con ruedas de caucho y conductos subterráneos con góndolas transportadas magnéticamente, pero estos sistemas nunca se han puesto en operación. 7.4.
LOCALIZACION DE ESTACIONES DE TRANSFERENCIA
Donde quiera que sea posible, las estaciones de transferencia se deben localizar: 1) tan cerca como sea posible del centro ponderado de las áreas individuales de producción de desechos sólidos a ser servidas, 2) con acceso fácil a las principales vías arterias lo mismo que cerca a medios y vías secundarias de transporte, 3) donde haya un mínimo de objeción pública y ambiental a las operaciones de transferencia, y 4) donde la construcción y operación sean las más económicas (2). Adicionalmente, si el sitio de transferencia se va a utilizar para operaciones de procesado que involucren recuperación de materiales y/o producción de energía, también se deben evaluar las exigencias para estas operaciones. En algunos casos, estas últimas exigencias pueden estar controlando el proyecto. Debido a que todas las consideraciones anteriores rara vez pueden, si es así ser satisfechas en forma simultánea, generalmente es necesario realizar un análisis de concesiones entre estos factores. En esta sección se describe en detalle un método aproximado para hacer concesiones económicas entre diferentes localizaciones basadas en los costos de acarreo. Este método es aplicable no solamente cuando se debe hacer una selección entre varias ubicaciones potenciales de una estación de transferencia, sino también en situaciones más complejas cuando se van a utilizar dos o más estaciones de transferencia y sitios de disposición. En el último caso, la pregunta básica a ser contestada es: ¿cuál es la distribución óptima de los desechos desde cada estación de transferencia a cada sitio de disposición? En la discusión que sigue, se describe este problema de distribución, y en el ejemplo se ilustra el método de solución. Problema de Distribución del Desecho El problema de distribución del desecho se puede analizar como sigue: suponga que se debe hacer una determinación de la cantidad de desechos sólidos que se deben acarrear a cada uno de tres lugares de disposición desde tres estaciones de transferencia, de manera que el costo total de acarreo sea el mínimo posible. En la Figura 7.15 se presenta un diagrama de esta situación. También suponga. 1) que la cantidad total de desechos acarreados a todos los lugares de disposición debe ser igual a la cantidad entregada en la estación de transferencia (necesidad de balance de masas), 2) que sólo se pueden aceptar cantidades especificas de desechos en cada lugar de disposición (esta limitación podría surgir como resultado de acceso limitado por carretera a un sitio dado de disposición), y 3) que la cantidad de desechos acarreados desde cada estación de transferencia es igual o mayor que cero. En forma simbólica, el problema de distribución se establece como sigue: 1. 2. 3.
Hallamos que las estaciones de transferencia se designen por i Los lugares de disposición se distinguen por j. Entonces Xij = cantidad de desechos acarreados de la estación de transferencia i al lugar de disposición j.
4. 5. 6. 7.
Hagamos Cij = el costo de acarrear desechos de la estación de transferencia i al sitio de disposición j. Hagamos Ri = la cantidad total de desechos despachados a la estación de transferencia i. Hagamos Dj = la cantidad total de desechos que pueden ser aceptados en el sitio de disposición j. Si se van a minimizar los costos totales de acarreo, entonces una función objetivo, que se define como la suma de los siguientes términos, debe ser minimizada sujeta a las siguientes limitaciones: X11 C11 + X12 C12 + X13 C13 + X21 C21 + X22 C22 + X23 C23 + X31 C31 + X32 C32 + X33C33 = función objetivo
Fig. 7.15. Bosquejo para definir la distribución de desechos sólidos desde tres estaciones de transferencia a tres sitios de disposición. 8.
El problema es minimizar la función expresada en forma de suma matemática. Función objetivo =
∑ ∑ x c 3
j =1
(7.1)
3
i =1
ij
ij
Sujeta a las siguientes limitaciones: (7.2)
∑
3
∑
3
J =1
i =1
X IJ = Ri
i=1a3 (7.3)
X ij ≤ D j
j=1a3 (7.4)
X ij ≥ 0
Solución al problema de distribución de desechos El problema formulado como se hizo en la etapa 8, se conoce comúnmente como "problema de transporte" en investigación de operaciones,(Ver Referencia 3 y 12 en el Capítulo 6). Actualmente, se dispone de un número de métodos de solución; el más común es el método simplex (4, 9, 10). Sin embargo, la mayo ría de los métodos exigen la ayuda de computadoras modernas. Como una alternativa, VAM (método de aproximaciones de Vogel) es una técnica manual que se puede utilizar para encontrar una solución de una matriz de distribución asociada con la transferencia de material de un lugar a otro. (ejemplo el problema de transporte) (9). Debido a que la solución obtenida estará cerca a la solución óptima (dentro del 10 por ciento) es suficientemente precisa para la mayoría de las aplicaciones prácticas en el campo de manejo de desechos sólidos. Además VAM es rápido; en comparación al tiempo necesario para elaborar un programa de computación que es significativamente mayor. La solución óptima se puede obtener mediante un segundo método, como se discute en la Referencia 10 que se presenta e ilustra en el ejemplo 7.2. Ejemplo 7.2. Distribución aproximada de desechos sólidos entre estaciones múltiples de transferencia y lugares de disposición usando VAM Determine el número de unidades de desechos sólidos a ser acarreados a cada uno de cuatro lugares de disposición (Dj) desde cuatro estaciones diferentes de transferencia (Tj) para minimizar el costo total de acarreo. Use los siguientes datos. 1.
Cantidad de desechos s6]idos a ser dispuestos desde cada estación de transferencia. Estación Transferencia 1 2 3 4 TOTAL
2.
Desechos unidades/día 2 4 3 2 11
Capacidad del lugar de disposición: Lugar de Disposición 1 2 3 4 TOTAL
Capacidad unidades/día 5 5 6 6 22
3.
Distancia de acarreo del viaje completo en millas desde cada estación de transferencia a cada sitio de disposición. Estación de transferencia 1 2 3 4 4.
Distancia de acarreo al sitio de disposición, mi Sitio 1 Sitio 2 Sitio 3 Sitio 4 40 16 12 18 30 30 10 28 40 24 40 24 20 40 30 36
El tiempo de acarreo se puede calcular utilizando la siguiente expresión: Tiempo de acarreo, h/viaje = 0.08 h/viaje + 0.025 h/mi donde x = distancia de viaje completo, mi/viaje
5.
Suponga el costo de acarreo $ 20/h
Solución 1.
Debido a que la solución depende del costo de acarrear los desechos desde cada estación de transferencia hasta cada lugar de disposición, desarrolle una matriz de costos de acarreo. La matriz de costos que sigue relaciona los costos de transportar una unidad de desechos sólidos desde cada estación de transferencia (T a cada sitio de disposición (Dj), usando los datos dados.
Estación de transferencia T1 T2 T3 T4 2.
Costo de acarreo al sitio de disposición, $/unidad de desechos D1 D2 D3 D4 21.60 9.60 7.60 10.60 16.60 16.60 6.60 15.60 21.60 13.60 21.60 13.60 11.60 21.60 16.60 19.60
Desarrolle una matriz de distribución como la que se presenta en la Tabla 7.3. Las entradas en las distintas hileras y columnas en la matriz son como sigue: a)
Costo de acarreo. El costo de acarrear una unidad de desechos sólidos de una estación de transferencia a un sitio dado de disposición encima y a la izquierda de cada línea diagonal en la matriz de costos.
b)
Unidades acarreadas. El número de unidades a ser acarreadas de una estación de transferencia a un sitio dado de disposición se muestra debajo y a la derecha de cada línea diagonal.
TABLA 7.3. MATRIZ DE LA ASIGNACION DE COSTOS DE ACARREO PARA EL EJEMPLO 7.2.
3.
c)
Castigo por costo. La diferencia entre el costo mínimo de dos unidades de una columna o hilera es el castigo por costo. Este costo se muestra en la columna e hilera "castigo".
d)
Borde. Las exigencias de borde son el número máximo de unidades de desechos sólidos que tienen que ser dispuestos desde cada estación de transferencia que cada sitio de disposición puede aceptar. Estos son los límites del problema que se deben conocer antes de que se pueda obtener una solución.
e)
Estación de Transferencia Imaginaria, Td. La suma de las exigencias de borde de las estaciones de transferencia debe ser igual a la suma de las exigencias de borde de los sitios de disposición para hacer matemáticamente correcto el problema. Para hacer esto, se agrega una estación de transferencia imaginaria de manera que las exigencias de borde igualen las sumas de las exigencias para los sitios de disposición y las estaciones de transferencia.
f)
Costo de acarreo desde la estación de transferencia. A las variables imaginarias se les asigna siempre costos idénticos de acarreo en la matriz. Esto hace a cada cuadrado imaginario de la matriz equivalente cuando se está distribuyendo el número de unidades a ser asignadas. El costo imaginario de acarreo se fija más alto que los otros costos de acarreo. Esto asegura que la distribución de los cuadros imaginarios se hagan sólo después de haber hecho la distribución de los cuadros más económicos en el resto de la matriz.
El procedimiento de la solución es el siguiente: a)
Sustraiga el costo más bajo del que le sigue en costo en cada hilera y columna y anótelo en el cuadro de castigo.
b)
Encuentre la hilera o columna con el castigo más grande
c)
Coloque un número de unidades en la celda con el costo mínimo para la hilera o columna seleccionada de acuerdo con las exigencias de borde en esa celda
d)
Elimine la hilera o columna cuyas exigencias de borde se han agotado
TABLA 7.4. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 1° APROXIMACIONES
e) f)
4.
Repita los pasos 1 a 5 La solución se encuentra cuando todas las exigencias de borde son satisfechas.
La solución al problema es la siguiente: a)
La primera aproximación, Ver Tabla 7.4.
i) ii) iii)
iv)
b)
Segunda aproximación, Ver Tabla 7.5. i) ii) iii)
iv) c)
Reevalúe todos los costos de castigo Se encuentra que la columna D1 tiene el costo más alto de castigo, 10 Debido a que T4 a D1 tiene el costo mínimo de acarreo, se asigna un máximo de dos unidades a ese cuadro, satisfaciendo así las exigencias de borde de T4. Se sustraen dos unidades de las exigencias de borde de T4 y D1. Ahora se elimina la hilera T4
Aproximación 3, Ver Tabla 7.6. i) ii) iii)
iv) d)
Calcule el costo de castigo para cada hilera y columna Como se muestra, T2 tiene el castigo más grande Debido a que la combinación T2 a D3 tiene el costo más bajo de acarreo, se asignará un máximo de cuatro unidades consistentes con las exigencias de borde sobre T2. Como resultado, se debe sustraer cuatro unidades de las exigencias de borde de T2 y D3. Se elimina la hilera T2 debido a que las exigencias de borde ahora son cero
Reevalúe todos los costos de castigo El mayor castigo, 14, se encuentra en la columna D3. Debido a que T1 a D3 tienen el costo mínimo de acarreo, se asignan dos unidades a ese cuadro. Entonces se sustraen dos unidades de las exigencias de borde. Note que se han satisfecho las exigencias de borde T1 y D3. Ahora se elimina la hilera T4
Cuarta aproximación, Ver Tabla 7.7. i) ii)
iii) iv)
Reevalúe todos los castigos de costos Debido a que ambos D2 y D4 tienen costos de castigo de $86,40 se debe tener una decisión arbitraria, como cuál se debe utilizar. Para este caso escogemos D4. Debido a que T3 a D4 tienen el mínimo costo de acarreo, se asignan 3 unidades a este cuadro (note las exigencias de borde). Ahora ha sido eliminada la hilera T3. Debido a que han sido eliminadas las estaciones reales de transferencia, se ha llega do a la solución exigida. La solución final del problema entonces sólo tiene interés académico.
TABLA 7.5. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 2° APROXIMACION.
TABLA 7.6. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 3° APROXIMACION
TABLA 7.7. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 4° APROXIMACION.
e)
Quinta aproximación, Ver Tabla 7.8. Solución obligatoria. Sólo hay una hilera remanente, Td. Además, las exigencias de tiempo determinan la distribución en esa hilera.
f)
Sexta aproximación. Debido a que se han satisfecho todas las exigencias de borde, se ha llegado a la solución final.
5.-
El resumen del problema es como sigue: a)
La matriz solución que muestra todas las distribuciones de desechos (unidades por día) desde las estaciones de transferencia hasta el sitio de disposición.
Estación de transferencia T1 T2 T3 T4 b)
De T1 T2 T3 T4
D1 0 0 0 2
Sitio de disposición D2 D3 0 2 0 4 0 0 0 0
D4 0 0 3 0
Resumen de costos Operación de acarreo a unidades D3 2 D3 4 D4 3 D1 2 TOTAL
Costo por acarreo Por unidad Total 7.60 15.20 6.60 26.40 13.60 40.80 11.60 23.60 105.60
Comentario. La variable imaginaria usada en la solución se agregó por razones matemáticas y no es parte de la solución. Las variables imaginarias pueden tomar gran importancia en problemas más complicados. Sucede que esta es una solución óptima. Resulta una solución menos óptima cuando un empate en los costos de castigo se desata en la dirección equivocada. En tal caso, se debe depender de la experiencia para ayudar a resolver el problema. Sin embargo, si la matriz no es grande, se pueden calcular y comprobar ambas soluciones.
TABLA 7.8. PROCEDIMIENTO DE SOLUCION PARA EL EJEMPLO 7.2., 5° APROXIMACION.
7.5.
TOPICOS PAPA DISCUSION Y PROBLEMAS
7.1.
¿Por qué se incluyó el costo del tiempo extra de descargue para las unidades de transporte tractor- trailer- trailer en el análisis preparado en el Ejemplo 7.1?
7.2.
Dados los siguientes datos, determine los tiempos equivalentes para los dos sistemas de recipientes estacionarios versus el uso de un sistema de transferencia y transporte. Base sus cálculos en dólares por tonelada por minuto. Costos de transporte Sistemas de recipiente estacionario 1- ton de capacidad a $6,00/h 8-ton de capacidad a $12,00/h Trailer de transporte 20- ton de capacidad a $20,00/h Costos de la estación de transferencia Estación de transferencia = $1,25/ton Tiempo extra de descargue en el sitio de disposición = 0,25/ton.
7.3.
Determine el tiempo equivalente de un viaje completo para un sistema de recolección de desechos en el cual para la recolección se usan compactadores de autocargue de 30 yd3 que son conducidos al sitio de disposición comparado con el uso de un sistema de transferencia y transporte. Suponga que los datos siguientes son aplicables. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Densidad de los desechos en el compactador de auto- cargue = 600 lb/yd3. Densidad de los desechos en los trailers de transporte = 325 lb/yd3 Volumen de la unidad de transporte tractor- trailer- trailer = 120 yd3. Costo de operación del compactador de autocargue = $ 20/h. Costo de operación de la unidad de transporte tractor- trailer- trailer = $30/h. Costos de operación de la estación de transferencia incluyendo amortización = $ 2,10/ton. Costo extra de tiempo de descargue para las unidades de transporte en comparación con los compactadores = 0,40/ton.
7.4.
Resuelva el problema 7.4 ó 7.5, dependiendo de si su comunidad tiene una estación de transferencia, estime el tiempo equivalente al cual sería factible una estación de transferencia. ¿Cómo se compara este tiempo con el tiempo real empleado ahora por los vehículos de recolección en la operación de acarreo?. Formule con claridad todas sus suposiciones.
7.5.
Si su comunidad tiene una estación de transferencia, determine cuál sería el tiempo equivalente para una operación de acarreo directo. ¿Cómo se compara este tiempo, con el tiempo real empleado por las unidades de transporte en la operación de transporte?. Formule con claridad todas sus suposiciones.
7.6.
Se va a construir una estación de transferencia de 1000 ton/día. Se están considerando dos alternativas: a) una estación de transferencia de descargue directo empleando compactadores estacionarios como la que se muestra en la Figura 7.4, y b) una estación tipo almacenamiento y descargue como la que se muestra en la Figura 7.8. Identifique y discuta los factores importantes que se deben considerar en la selección de una alternativa.
Fig. 7.16. Mapa de localización de sitios de disposición y estaciones de transferencia para el prob. 7.8. 7.7.
Dada la siguiente información, determine, por el método de evaluación de la manolarga, cada posibilidad de la distribución más económica de los desechos desde dos estaciones de transferencia a dos sitios de disposición en base al costo de transporte únicamente. Estación de transferencia 1 2
Desecho Unidades/día 4 2
Sitio de Disposición 1 2
Capacidades Unidades/día 4 4
La distancia de acarreo del viaje completo desde la estación de transferencia 1 a los sitios de disposición 1 y 2 es 10 y 20 mi, respectivamente. Las distancias desde la
estación de transferencia 2 a los sitios de disposición 1 y 2 es 30 y 40 mi, respectivamente. Suponga que el tiempo de transporte en horas por viaje está dado por la expresión 0.08 h/viaje + 0,025 h/mi x,donde x es la distancia del viaje completo en millas por viaje, y que el costo de transporte es de $ 35/h. 7.8.
La ciudad que se muestra en la Figura 7.16 tiene cuatro sitios de disposición D1, D2, D3 y D4 y necesita cuatro estaciones de transferencia para manejar los desechos sólidos. Ya se ha seleccionado la ubicación de las estaciones de transferencia T1, T2 y T3, la cuarta ha sido restringida a dos posibilidades T4 y T5 como se muestra. Se han reunido los siguientes datos para los sitios de disposición y estaciones de transferencia para la ciudad. Sitio de Disposición D1 D2 D3 D4
Capacidad Unidades/día 4 10 3 8
Estación de Transferencia T1 T2 T3 T4 o T5
Desecho Unidades/día 3 3 5 2
En base al costo de transporte únicamente, determine la ubicación más económica para la estación de transferencia 4 (T4 ó T5). Suponga que el tiempo de transporte en horas por viaje está dado por la expresión 0.08 h/viaje + 0.025 h/mi (x), donde x es la distancia del viaje completo de acarreo en millas por viaje y que el costo de transporte es $35/h. 7.6.
REFERENCIAS
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4.
Hadley, G.- "Linear Programming," Addison-Wesley, Reading, Mass., 1962.
5.
Hegdabl, T. A.: Solid Waste Transfer Stations: A State-of-the-Art Report on Systems Incorporating Highway Transportation, U.S. Environmental Protection Agency, NTIS Publication PB-213-511, Springfield, Va., 1972.
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Little, H.R.: Design Criteria for Solid Waste Management in Recreational Areas, U.S. Environmental Protection Agency, Publication SW-9lts,- Washington, D.C., 1972.
7.
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8.
Parsons, H. de B.: "The Disposal of Municipal Refuse," 1st ed., Wiley, New York. 1906.
9.
Reinfeld, N.V. and W.R. Vogel: “Mathematical Programming” Prentice- Hall, Englewood Cliffs, N.J. 1958.
10.
Riggs, J.L.: "Economic Decision Models" McGraw-Hill, New York, 1968.
11.
Tchobanoglous, G. and G. Clein: An Engineering Evaluation of Refuse Collection Systems Applicable to the Shore Establishment of the U.S. Navy, Sanitary Engineering Research Laboratory, University of California, Berkeley, 1962.
12.
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