63 3. CUANTIFICACIÓN DE LAS RESERVAS Y
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1. Este valor menor se debe a problemas operativos ocurridos en este per odo Con base en estudios realizados anteriormente EVE ZOREDA se describe la composici n de los residuos s lidos generados en los municipios atendidos por este relleno ver tabla 7 71 Tabla 7 Composici n de los RSU S generados en el Valle de Aburr Materia Org nica 53 Papel y Cart n 23 Madera y Follaje Metales Vidrio 5 Pl sticos y Cauchos 5 Cueros 0 Trapos Cenizas rocas Otros 14 Fuente ZOREDA INTERNACIONAL S A Informe final del proyecto Estudio previo para el aprovechamiento del biog s generado en el relleno sanitario Curva de Rodas Medell n Colombia Bogot EE VV M 1999 p Seg n datos suministrados por EEVVM la precipitaci n promedio anual en el relleno sanitario corresponde aproximadamente a 1500 mm de columna de agua INVENTARIO DE LAS INSTALACIONES DEL RELLENO SANITARIO El acondicionamiento de los terrenos del relleno sanitario y la formaci n de las celdas fueron dise ados y construidos cumpliendo con la normatividad internacional para el manejo de los residuos s lidos ubic ndolo dentro del mbito nacional como pionero El manejo de la informaci n que realiza EEVVVM es muy completo cuenta con archivos hist ricos de la operaci n planos topogr ficos etc Las 32 hect reas utilizadas para la disposici n de2. Consulta Marzo de 20051 64 El m todo utiliza una ecuaci n de degradaci n de primer orden asume que el per odo es de un a o desde la colocaci n de los residuos y el comienzo de la generaci n de biog s que por cada unidad de residuos despu s de un a o la generaci n disminuye exponencialmente mientras la fracci n org nica de los residuos es consumida Para sitios donde se conocen los ndices de disposici n a o con a o el modelo estima la generaci n de biog s en un a o usando la siguiente ecuaci n publicada en el C digo 40 de Leyes Federales de los Estados Unidos Parte 60 Secci n WWW 40 CFR 60 Subpart WWw Qu D 2kL Me El Donde gt La suma desde el a o de apertura 1 i 1 hasta el a o de proyecci n n i 1 Qu Generaci n m xima de biog s m a o k ndice de generaci n de metano a o Lo Generaci n de potencial de metano m Ton M Masa de residuos s lidos dispuestos en el a o i Ton ti Edad de los residuos dispuestos en el a o i a os La ecuaci n anterior estima la generaci n de biog s usando cantidades de residuos dispuestos acumulados a trav s de un a o Proyecciones para a os m ltiples son desarrolladas variando la proyecci n anual y luego iterando la ecuaci n El a o de generaci n m xima normalmente ocurre en el de clausura o al siguiente dependiendo del ndice de disposici n en los a os finales Con la excepci n de
3. la temperatura en la zona anaer bica del terreno Modelo 0 0147 0 28 T Temperatura en C y se asume que permanece kte 35 C F Fracci n de metano en el gas de relleno se asume 0 5 50 R Metano recuperado Como en la india no se da se toma como 0 OX Factor de oxidaci n Metano que se oxida en la capa superior del relleno donde el oxigeno es presente sin embargo este factor no es aceptado se asume 0 M todo Triangular Basado en el m todo de decaimiento de primer orden FOD provee un perfil de emisiones dependientes del tiempo que reflejan el patr n verdadero del proceso de degradaci n de la basura El m todo FOD requiere de datos actuales como el 69 hist rico de las cantidades de basura composici n y formas de disposici n de la misma etc a lo largo de varias d cadas En lugares donde no se disponga de esta informaci n el m todo no es aplicable sin embargo una aproximaci n basada en el m todo FOD puede ser aprovechable utilizando una forma triangular como se observa en la figura 17 donde el rea bajo el tri ngulo es equivalente al gas liberado despu s del periodo de deposici n de una tonelada de basura on aum Total Gas Product Year afer Placement Figura 17 Forma triangular de producci n de biog s Fuente KUMAR Sunil y otros Estimation method for national methane emission solid waste landfills En Atmospheric Environment En l nea India No 38 2
4. los RSU s en el campo del RSCR se dividieron en plataformas comenzando desde la parte inferior hacia la parte superior ver fotograf a1 72 Fotograf a 1 Relleno Sanitario Curva de Rodas 73 El RSCR fue concebido nicamente para la disposici n de los RSU s no para la extracci n de biog s como fuente energ tica Con base en esta premisa se analiz el estado del campo para la extracci n del biog s 3 3 1 Estado de los terrenos plataformas de los pozos de evacuaci n de biog s y sistema de extracci n de lixiviados En las plataformas 1 y 2 se elaboraron obras civiles como Cunetas que retienen las aguas lluvias ver fotograf a 2 colocaci n de una membrana impermeabilizante para evitar que el biog s emigre por sitios diferentes a los pozos de desfogue instrumentaci n geot cnica ver fotograf a 3 piez metros e inclin metros y un sistema de drenaje de lixiviados que reemplaz el sistema inicial que se satur ver fotograf a 4 e o AS pm s Ta ky r Pan ss E NE E 7 a N Ps A ys A 4 4 a r s e 4 E A i i Dro Est na he y EA s Mis T O AO A UN a Fotograf a 2 Formas de las cunetas para la recepci n de las aguas lluvias En las fotograf as 2 y 3 se observa que la maleza ha invadido algunas de estas plataformas ocasionando el deterioro de la membrana geotextil instalada y causando que el biog s no se capte por los pozos de desfogue y se disperse por fuera del terr
5. 004 p 3481 3487 lt http www sciencedirect com science ob MImg8 imagekey B6VH3 4CBV1RO 5 M amp _cdi 6055 amp _ user 34964708 orig nag8_ coverDate 07 2F31 2F2004 amp sk 9996199 78 amp view c amp wchp dGLbVtz zSkzS amp md5 d0076c7ae5c9744128ce53ec03fd8d3e amp ie sdarticle pdf gt Consulta Marzo de 2005 Se asume que la degradaci n se da en dos fases la primera empieza un a o despu s de la deposici n y va incrementando hasta el sexto a o la segunda comienza cuando la generaci n de gas empieza a decrecer hasta llegar a cero lo cual se da aproximadamente a los 15 a os La emisi n de metano estimada usando el M todo Default es igual al rea bajo el triangulo el valor del pico es decir la m xima emisi n de metano se calcula conociendo 2 Ibid 70 el volumen de emisi n de gas y la base del tri ngulo 15 a os con este valor se pueden calcular las dem s ordenadas CARACTER STICAS Y CANTIDADES DE LOS RESIDUOS S LIDOS DEL RSCR A continuaci n tablas 6 y 7 se presentan las cantidades y caracterizaci n de los residuos depositados durante su operaci n Informaci n suministrada por EEVVM desde el a o de apertura hasta su clausura Tabla 6 Toneladas depositadas en el RSCR durante su operaci n TONELADAS DEPOSITADAS 14 426 185 756 217 684 234 170 264 570 284 858 287 479 317 690 372 784 434 856 533 767 581 110 598 516 412 698 713 422 749 093 786 548 825 875 867 169
6. 63 3 CUANTIFICACI N DE LAS RESERVAS Y EVALUACI N DEL RELLENO SANITARIO CURVA DE RODAS A continuaci n se describe el m todo utilizado para la evaluaci n te rica de las reservas de biog s el cual se apoy en el trabajo de campo lo cual incluye mediciones con los diferentes equipos y en un software elaborado por la EPA Enviromental Protection Agency el cual permite determinar la generaci n de biog s a o por a o M TODOS PARA LA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE GENERACI N BIOG S DEL RELLENO En este tem se describen algunos de los m todos que se est n utilizando para determinar la capacidad de emisi n de gases en los rellenos sanitarios a nivel mundial 3 1 1 Modelo aplicado en M xico Fue desarrollado especificamente por el Programa Landfill Methane Outreach de la U S EPA Enviromental Protection Agency y la USAID US Agency for Internacional Development Ver anexo B este programa se utilizar con la autorizaci n respectiva del ingeniero Brian Guzzone Este modelo fue desarrollado para la estimaci n del biog s producido en rellenos sanitarios municipales en M xico y se utiliza para estimar que cantidad genera y que se puede recuperar en un relleno sanitario que cuente o planee tener un sistema de recolecci n de biog s CASTRO Gustavo Modelo mexicano de biog s En l nea M xico Secretar a de Desarrollo Social REDESOL 2004 lt http www pn gov aisu pubs mexico 17 pdf gt
7. 7 663 55 47 36 87 72 82 03 6 98 10 99 72 82 65 6 71 10 65 Filtro 85 88 5 53 8 6 Pozo recuperado 23 47 43 94 32 59 plataforma 5 Con base en los resultados de la tabla anterior los datos del biog s del pozo 64 son los m s confiables y ser n la base para las evaluaciones t cnico econ micas del capitulo 5 y 6
8. desfogue N mero total de pozos inventariados 200 En buen estado y se cad biog s En regular estado y no producen biog s produciendo biog s Perforados No tienen biog s Quemados con fugas obstruidos o pasan campana o chimenea por filtros en mal estado 46 43 11 Fuente Informaci n suministrada por EEVVM Ver anexo C De la tabla 8 se puede concluir que el 23 de los pozos se encuentran aptos para captar biog s el 50 requiere de reparaciones y el 27 es necesario reconstruirlos De acuerdo con el an lisis realizado se concluye que el pozo de mayor producci n es el n mero 64 n mero actual 120 ubicado en plataforma 2 Ver fotograf a 6 En el anexo C las observaciones muestran que este pozo no se puede leer porque permanece encendido Informaci n suministrada por personal de EEVVM 77 Fotograf a 6 Pozo de mayor producci n de biog s del RSCR Actualmente el personal de mantenimiento del RSCR se encuentra en la tarea de reparar algunos pozos que se encuentran mal instalados en mal estado y que no producen biog s Ver fotograf a 7 Fotograf a 7 Pozos reparados 3 4 MEDICIONES Y RESULTADOS Durante los meses de octubre a diciembre de 2005 y enero a marzo de 2006 se elaboraron mediciones de Temperatura presi n y caudal de varios pozos de desfogue en las diferentes plataformas del campo 78 Inicialmente se realiz un montaje para determina
9. eno 74 EA Fotograf a 3 Instrumentaci n geot cnica Drenaje de lixiviados Actualmente el sistema inicial de drenaje de lixiviados no funciona por su tiempo de vida til se colmat y no se puede recuperar Para subsanar este problema se implement un sistema de extracci n de lixiviados de manera forzada y consta de lo siguiente Compresor de aire y mangueras de inyecci n tuber as de conducci n pozos de extracci n y tanques de recepci n Ver fotograf a 4 75 Con el objeto de hacer el tratamiento de los lixiviados para recuperar el biog s es necesario realizar unas obras civiles que no son parte del alcance de este estudio ya que hacen parte del plan postclausura A pe o as Fotograf a 4 Sistema de extracci n de lixiviados actual Evacuaci n de biog s El campo cuenta con 200 pozos de evacuaci n de biog s hechos con tuber as de 12 pulgadas de di metro de PVC perforadas Los pozos inicialmente fueron ubicados t cnicamente seg n las recomendaciones hechas por estudios anteriores Sin embargo en el RSCR se encuentra que muy pocos pozos est n operativos y presentan Perforaciones en su tubo y por fuera del terreno inclinados obstruidos o quemados Ver fotograf a 5 76 S Fotograf a 5 Estado de algunos de los pozos de la plataforma 4 del relleno A continuaci n se presenta un consolidado del estado de los pozos de desfogue Tabla 8 Consolidado del estado de los pozos de
10. etano a o A pesar de que el modelo permite la alimentaci n de los valores de Lo y k derivados con informaci n propia del relleno sanitario es recomendado que se utilicen los valores que el modelo calcula autom ticamente Conforme el valor de k incrementa la generaci n de metano tambi n siempre y cuando se siga recibiendo residuos y luego disminuye despu s de que es clausurado el campo a trav s del tiempo El valor de k est en funci n de los siguientes factores Contenido de humedad en los residuos la disponibilidad de nutrientes para las bacterias generadoras de metano el pH y la temperatura Los valores de k obtenidos de datos de rellenos sanitarios var an entre 0 003 a 0 21 por a o EPA 1991a Estos valores fueron determinados con modelos te ricos haciendo pruebas de campo Al menos que se cuente con valores espec ficos de k del relleno 54 Ibid 5 Ibid 5 Ibid Ibid 66 sanitario en cuesti n este se calcular autom ticamente Los valores siguientes ver tabla 4 son usados por el modelo Tabla 4 ndice de generaci n de Metano k Precipitaci n anual mm a o k por a o 0 249 0 040 250 499 0 050 500 999 0 065 gt 1000 0 080 Fuente GUZZONE Brian y MULLER Duane Manual de usuario Modelo mexicano de biog s Versi n 1 0 En l nea U S Agencia para la protecci n del ambiente 2003 lt http www epa gov landfill int ManualdelUsuar
11. ioV1 pdf Consulta 18 de Agosto de 2004 En teor a el valor de la generaci n potencial de metano en los residuos Lo solo depende del tipo de residuos Conforme el contenido de celulosa en los residuos aumenta el valor de L tambi n En la pr ctica el valor te rico de L no podr a ser alcanzado en regiones de clima seco donde la humedad en los residuos es muy baja o inexistente provocando la inhibici n de las bacterias generadoras de metano Las unidades de Lo est n en metros c bicos por tonelada de residuos lo cual significa que el valor describe la cantidad de gas metano producida por tonelada de residuos ning n 3 l mite de tiempo est especificado Los valores te ricos var an entre 6 2 y 270 m Ton de residuos EPA 1991b Al menos que se cuente con valores espec ficos para el relleno sanitario en cuesti n los valores de L ser n calculados autom ticamente Los siguientes valores ver tabla 5 son usados por el modelo dependiendo de la precipitaci n promedio anual de la regi n y donde se encuentra localizado el relleno sanitario Tabla 5 Generaci n potencial de metano L Precipitaci n anual mm a o Lo m Ton 0 249 60 250 499 80 gt 500 84 Fuente Fuente GUZZONE Brian y MULLER Duane Manual de usuario Modelo mexicano de biog s Versi n 1 0 En l nea U S Agencia para la protecci n del ambiente 2003 lt http www epa gov landfill intManualde
12. lUsuarioV1 pdf gt Consulta 13 de Agosto de 2005 5 Ibid 9 Ibid 67 3 1 2 M todo empleado en la India La mayor a de los RSU s de este pa s son dispuestos en rellenos de bajas profundidades localizados en y alrededor de centros urbanos Existen muchos m todos para estimar la cantidad de metano que puede generar un relleno controlado pero en la India esas condiciones no prevalecen en la mayor a de las instalaciones de ah que se desarroll este m todo con base en relaciones emp ricas El gas de relleno se puede estimar con un grado de exactitud grande usando la ley de decaimiento de primer orden FOD ver p gina 64 en dos fases En la primera fase la rata de generaci n se va incrementando hasta un pico m ximo En la segunda es decreciente hasta que el material se estabiliza Los indios tienen dos m todos aprobados El m todo Default decaimiento y el m todo Triangular M todo Default Desarrollado en 1987 por Bingemer amp Crutzen y se basa en una aproximaci n de balance de masa Emisi n CH Gg a o MS Wx MSW x MCE lt DOG DOG xFx 16 12 Nx OX 1 Gg a o 1000 toneladas m sicas a o Donde MSW Total de desechos s lidos generados por el municipio se puede calcular tomado como base el total de personas miles de personas y multiplicarlo por la generaci n anual de desechos persona MSWf Fracci n de desechos s lidos generados por el municipio dispuest
13. los valores de k y Lo el programa requiere datos espec ficos del relleno para las proyecciones de generaci n GUZZONE Brian y MULLER Duane Manual de usuario Modelo mexicano de biog s Versi n 10 En l nea US Agencia para la protecci n del ambiente 2003 lt http www epa gov landfill intManualdelUsuarioV1 pdf gt Consulta 13 de Agosto de 2005 9 Ibid 65 Los valores son calculados bas ndose en la informaci n previamente recolectada en rellenos sanitarios k y L var an dependiendo de la precipitaci n anual y podr n ser usados para proyecciones de generaci n La EPA reconoce que es dif cil modelar la generaci n y recuperaci n de biog s en forma exacta debido a las limitaciones en la informaci n disponible Este software estima la generaci n producida por la degradaci n de desechos en rellenos sanitarios asume que la composici n del biog s es aproximadamente 50 metano CH4 y 50 di xido de carbono CO2 y trazas de otros componentes Utiliza una ecuaci n de degradaci n de primer grado y estima el volumen de generaci n en metros c bicos por minuto m min y en metros c bicos por hora m h Tambi n estima el contenido de energ a en el biog s generado en billones de Joules por a o GJ a o La generaci n de biog s se estima multiplicando la de metano por dos El metano es calculado usando dos par metros Lo Generaci n Potencial de Metano y k ndice de Generaci n de M
14. ltifuncional marca TESTO 400 con canales para la medici n de presi n velocidad humedad relativa y temperatura y una sonda de velocidad y temperatura por dispersi n t rmica ver resultados tabla 9 Rangos de operaci n 0 10 m s Sonda de velocidad y temperatura Rangos de operaci n 25 70 C 3 4 3 Procedimiento para la medici n de temperatura y humedad Equipo utilizado es un term metro digital marca TEGAM con termopar tipo K con termopozo de inserci n en acero Inoxidable Puertos de medici n 2 Rango de medici n 25 a 200 C y de 200 C a 1370 C Unidades Grados Celsius y Fahrenheit Sonda de humedad rango 0 100 El equipo tiene una sonda de acero inoxidable que se le inserta a la boca del pozo se espera un tiempo para que la lectura estabilice se toman aproximadamente 10 medidas de temperatura 1 cada minuto se promedia el valor de la temperatura y humedad Los pozos que se utilizaron son los mismos en los cuales se tomaron las diferentes muestras para todos los ensayos a continuaci n se presentan los resultados Tabla 9 Mediciones de velocidad temperatura y humedad N mero Posa Di metro rea Velocidad Caudal Temperatura Humedad Pozos m m m s m n eC sat 64 plataforma 3 0 3048 0 0729 0 33 86 68 33 7 100 Reconstruida 0 3048 0 0729 056 14710 47 0 100 plataforma 5 Pozo de alivio 4524 0 0182 1248 81 96 51 0 100 cerca al po
15. os del total de desechos que hay en un sitio de disposici n Se establece un 70 basado en que el 30 si KUMAR Sunil y otros Estimation method for national methane emission solid waste landfills En Atmospheric Environment En l nea India No 38 2004 p 3481 3487 lt http www sciencedirect com science ob Mlmg8 imagekey B6VH3 4CBV1RO 2 M8 cdi 60558 user 34964708 orig nag8 coverDate 07 2F31 2F20048 sk 9996199788view c 8wchp dGLbVtz 2SkzS8md5 d0076c7ae5c9744128ce53ec03fd8d3e8 e sdarticle pdf gt Consulta Marzo de 2005 1 Ibid 68 se pierde en reciclaje quemas de desechos disposici n a trav s de drenajes y la basura que no llega por diversos factores MCF Factor de correcci n de metano fracci n Esta fracci n depende del m todo de disposici n y de la profundidad del relleno sanitario valores de 0 4 son para rellenos abiertos con profundidades menores a 5 metros DOC Fracci n de carb n org nico degradable DOC factor esencial en le m todo de c lculo Depende de la composici n del desecho y var a de ciudad a ciudad La ecuaci n para estimar el DOC es DOC 0 4 4 0 17 B 0 15 C 0 3 D A Papel fibras textiles org nicas B Hojas variedades de pastos C Frutas y vegetales D Madera Unidades Toneladas m sicas se utilizan solo dos cifras decimales DOC Porci n de DOC que se convierte en gas de relleno El estimado se basa en un m todo te rico que var a con
16. r para efectos de c lculo la concentraci n obtenida del pozo 64 3 45 Toma de muestras y elaboraci n de cromatograf as Se utiliz un Cromat grafo de gases marca VARIAN modelo CP 3800 con detector de conductividad t rmica v lvulas de seis puertos y automuestreador Los diferentes m dulos son comandados desde un software que es el sistema de control El conjunto de los m dulos permite la separaci n de mezclas de compuestos org nicos su detecci n y finalmente el registro para su cuantificaci n Las columnas empleadas por este cromat grafo son para aire metano y di xido de carbono Los resultados de cada cromatograf a ver figura 18 identifican cada uno de los componentes y el c lculo del rea bajo la curva es presentado en una hoja aparte con los valores de concentraci n de cada uno de los componentes que permite analizar el equipo 2004 T z 1504 1004 504 us a C02 1 916 molts o AIRE 1 646 PEA File castaridatat2006tmaestria_ricardo_pereztbiogasrplpozo64 2 9 06 139 05 pm run A 50 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 Figura 18 Resultados Cromatograf a pozo 64 82 A continuaci n se presentan los resultados de las cromatograf as realizadas Tabla 11 Resultados de las cromatograf as POZO AIRE CH CO2 Prueba 2 39 12 33 59 27 30 64 8 999 55 14 35 86 64 7 658 55 48 36 86 64 7 728 55 5 36 77 64
17. r el caudal y la presi n que suministra un pozo de f cil acceso y condiciones aceptables para las mediciones Se elaboraron las adecuaciones para evitar que el biog s se fugara por las juntas y presentara un comportamiento aceptable Ver fotograf a 8 gt s2 IN O A pS A Fotograf a 8 Montaje para determinar caudal y presi n A continuaci n se describen los procedimientos ejecutados y resultados obtenidos de las mediciones 3 4 1 Medici n de la presi n Se utiliz un equipo digital con lectura local por display el equipo utilizado corresponde a un transmisor de presi n marca Rosemount modelo 2088 Voltaje de alimentaci n 12V DC Unidad de medida bar Rango de operaci n del transmisor 0 a 6 bar y cuatro 4 cifras decimales de precisi n El rango de valores de presi n obtenidos 7 milibar a 17 milibar 3 4 2 Procedimiento para la medici n de caudal Para la medici n inicial se utiliz un medidor de caudal de accionamiento por diafragma Marca Kumho G1 6 Rango de presiones de trabajo de 23 milibar a 100 milibar Caudal m ximo 3 1 m h con tres cifras decimales 79 El equipo no funcion porque el valor de presi n del biog s necesario para mover el diafragma estaba muy por debajo del m nimo requerido por el equipo no se pudo determinar el caudal del pozo por este m todo se procedi a utilizar un medidor de velocidades con sonda de inserci n El equipo utilizado corresponde a un equipo mu
18. zo 161 161 plataforma 4 0 3048 0 0729 0 41 107 70 52 0 100 80 Como se puede apreciar los valores de temperatura en los pozos de las platafomas 4 y 5 son m s altos que en los otros pozos por la presencia de aire comprimido en todas las muestras el biog s sale con vapor de agua saturado por tal motivo los resultados obtenidos en los pozos de la plataforma 5 y plataforma 4 no son confiables Para el estudio del potencial de aprovechamiento del biog s se tomar como referencia el pozo n mero 64 con producci n de biog s permanente 3 44 Procedimiento para Medici n de HS Entre los componentes que posee el biog s est el sulfuro de hidr geno como en las cromatograf as no se puede determinar su concentraci n en la mezcla se emple un equipo detector de la firma MSA marca ORION con sonda este utiliza sensores electroqu micos para determinar l mite inferior de explosividad porcentaje en volumen de ox geno partes por mill n de mon xido de carbono y partes por mill n de sulfuro de hidr geno Tabla 10 Resultado de las mediciones de HS POZO ppm H2S 1 0 6 0 11 0 63 0 60 1 46 0 51 9 161 0 178 53 106 1 53 2 83 64 97 81 De la tabla anterior se observa que los pozos que tienen influencia de aire comprimido producen muy poca cantidad de sulfuro de hidr geno haciendo que la muestra de estos sea poco confiable se toma
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