8.5 SEPARACIÓN DE COMPONENTES

La separación de componentes es una operación necesaria en la recuperación de desechos sólidos y donde van a ser recuperados de los desechos sólidos: energía y productos de conversión. La recuperación necesaria se puede realizar manual o mecánicamente. Cuando se usa la separación manual, no es necesario el procesado de los desechos; en la mayoría de las técnicas mecánicas, sin embargo, se requiere alguna reducción de tamaño como una primera etapa. En esta sección se describen técnicas y equipos usados para la separación de componentes de desechos sólidos municipales. En la Tabla -8.10 se enumeran las técnicas consideradas junto con información sobre sus aplicaciones. De las técnicas reportadas en la Tabla 8.10, se discuten con más detalles la separación con aire, separación magnética y el tamizado, debido a que se sabe más sobre estas operaciones de su uso en otros campos. Se debe tener cuidado en el uso de datos sobre la eficiencia y el funcionamiento del equipo usado para la separación de componentes específicos de los desechos debido a que hay pocos datos disponibles durante largos períodos de tiempo.

Selección Manual

La separación manual de componentes de desechos sólidos se puede llevar a cabo en la fuente donde se producen los desechos, o el sitio de disposición. El número y tipo de componentes recuperados o clasificados depende de la localidad y el mercado de reventa. En los Capítulos 9 y 16 se discuten aspectos del mercado. Típicamente, los componentes incluyen papel periódico, aluminio y vidrio de procedencia residencial; cartón y papel de alta calidad, metales y madera de procedencia comercial e industrial; y metales, madera y objetos voluminosos de valor de estaciones de transferencia y sitios de disposición.

Separación con Aire.

La clasificación con aire ha sido usada durante varios años en operaciones industriales para la separación de varios componentes de mezclas secas. En sistemas de recuperación de recursos y energía de desechos sólidos, se usa la clasificación con aire para separar el material orgánico- o, como a menudo se lo llama, la "fracción liviana"- del material inorgánico más pesado, llamado "fracción pesada". Prácticamente hablando, esto involucró la separación de productos de papel, materiales plásticos y otros materiales orgánicos livianos del flujo de desechos desmenuzados. En esta sección se presentan y discuten la operación de varios clasificadores de aire y algunos de los factores que se deben considerar en su selección.

Equipo de Separación con Aire. En uno de los tipos de clasificadores con aire más simples, los desechos sólidos procesados son vaciados en un dueto vertical (Vea Figura 8.16a). El aire que asciende desde el fondo del dueto se utiliza para transportar los materiales más livianos hasta el tope del ducto. Los materiales más pesados caen al fondo debido a que el flujo de aire ascendente es insuficiente para transportar los materiales más pesados en los desechos. El control del por ciento separado entre las fracciones liviana y pesada se realiza variando la carga de desecho, el flujo de aire y la sección transversal del ducto. Es necesario un mecanismo giratorio, a prueba de aire, para introducir los desechos desmenuzados en el clasificador.

TABLA 8.10 TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS Y APLICACIÓN DE LA INFORMACIÓN

Técnica

Materiales involucrados

Preprocesado requerido

Observaciones

Separación en el origen

     

Separación manual

Papel, metales ferrosos y no ferrosos, madera

Ninguno

Usado para separar papel corrugado y de alta calidad, metales, y madera en comercios e industrias y periódico en residencias; económico y factible si los precios del mercado son adecuados.

Separación centralizada

Sorteo y separación manual

Periódicos, papel corrugado

Ninguno

Puede ser una alternativa económica de separación en la fuente, dependiendo de los costos de la obra de mano.

Separación con aire

Materiales combustibles

Fragmentación

Usado para concentrar metales y vidrio en una fracción pesada, lo mismo que materiales combustibles en una fracción liviana.

Separación por inercia

Materiales combustibles

Fragmentación

Igual que para separación con aire.

Tamizado

Vidrio

Ninguno o fragmentación, separación con aire

Se puede usar antes de la fragmentación para remover vidrio y previa a la separación con aire por razones semejantes. Se puede usar para concentrar vidrio de la fracción pesada.

Flotación

Vidrio

Fragmentación, sep. aire

Control de polución del agua, puede ser costoso.

Distribución óptica

Vidrio

Fragmentación, separación con aire y tamizado

Como alternativa de la flotación para separar el vidrio de materiales opacos; usada para separar pedernal de vidrio coloreado.

Separación electrostática

Vidrio

Fragmentación , separación con aire, separación magnética y tamizado

Experimental.

Separación magnética

Material ferroso

Fragmentación o pasta

Probada en numerosas aplicaciones a escala completa.

Separación en medio pesado

Aluminio, otros metales no ferrosos

Fragmentación, separación con aire

Se puede usar para separar un número de materiales ajustando la gravedad específica del medio; se necesitan unidades separadas para cada material a ser separado.

Separación de inducción lineal

Aluminio, otros metales no ferrosos

Fragmentación, separación con aire, separación magnética y tamizado

Se necesitan unidades separadas para separar aluminio y otros metales no ferrosos.

(a) TIPO CONVENCIONAL DE CONDUCTO

(b) TIPO EXPERIMENTAL DE ZIGZAG

 

(c) TIPO DE VIBRADOR ENTRADA ABIERTA

Figura 8.16 Clasificadores típicos con aire- (a) Tipo de ducto (radar Pneumatics, Inc.)- (b) Tipo experimental en zigzag (2)- (c) Tipo vibrador de entrada abierta, (Triple/S Dynamics System, Inc.).

 

Otro tipo es conocido como el "clasificador con aire en zigzag". La pequeña unidad experimental que se muestra en la Figura 8.16b, consiste en una columna vertical con deflectores internos en zigzag a través de los cuales pasan grandes cantidades de aire. Los desechos desmenuzados son introducidos por la parte superior de la columna a una tasa controlada, y se introduce aire en el fondo de la columna. A medida que los desechos caen sobre la corriente de aire, la fracción más liviana es fluidizada y se mueve hacia arriba y fuera de la columna, mientras la fracción pesada cae hacia el fondo. En teoría, cada cambio de dirección producido por el zigzag crea turbulencia en la corriente de aire y esta a su vez, hace que los desechos den vueltas y los materiales compactados se separen (2). La mejor separación se obtiene del diseño apropiado de la cámara de separación, el flujo de aire y la tasa de alimentación del desecho. En la Referencia 2 se discuten factores adicionales y relaciones en el diseño de clasificadores con aire en zigzag.

En la Figura 8.16c se muestra esquemáticamente todavía otro tipo de clasificador por aire. En esta unidad la separación de la fracción liviana se logra por la combinación de tres acciones. La primera es vibración, que ayuda a estratificar el material alimentado al separador en componentes pesados y livianos. La agitación tiende a sedimentar las partículas más pesadas (densas) al fondo a medida que los desechos fragmentados son transportados descendiendo a lo largo del separador. La segunda acción sobre el material es un efecto de inercia en el cual el aire que entra por la entrada de alimentación imparte una aceleración inicial a las partículas más livianas mientras los desechos descienden al separador a medida que están siendo agitados. La tercera acción que completa la función del separador es la inyección de aire fluidizador en una o más velocidades elevadas, en cortinas de flujo a través del lecho. Este aire fluidizante cambia la dirección de las partículas más livianas y las mueve en una posición para ser recogidas y sacadas de la unidad por aire que sale. El volumen de aire que sale es aproximadamente 3 veces el del aire fluidizador. Por ejemplo, en un separador de 80 ton/h de desechos municipales, el flujo de aire que sale seria aproximadamente de 60.000 pie3/min. De este total, se suministran aproximadamente 20.000 pie3/min de aire fluidizador por los ventiladores construidos dentro del separador. El resto de aire es arrastrado a través de la entrada de alimentación y en la descarga de materiales pesados (10). Se realiza una separación final de partículas livianas en el punto donde la fracción pesada descarga del elutriador. Se ha reportado que la separación resultante es menos sensible al tamaño de las partículas que un separador convencional vertical ya sea recto o en zigzag (10). Una ventaja del separador mostrado en la Figura 8.16c es la de que no es necesario el mecanismo a prueba de aire en la entrada de alimentación. Los desechos se alimentan por gravedad directamente en el separador.

En la Figura 8.17 se muestran los principales componentes de un sistema completo de clasificación por aire. Además del clasificador por aire, se necesitan uno o más transportadores para transportar los desechos procesados a la tolva de cargue y dentro del clasificador por aire. A continuación del clasificador por aire, se usa un separador de ciclón para separar las fracción liviana del aire que la transporta. Antes de ser descargado a la atmósfera, el aire de transporte es pasado a través de instalaciones de recolección de polvo. En forma alterna, el aire del separador de ciclón se puede recircular al separador con o sin remoción de polvo. El aire para la operación del clasificador por aire puede ser suministrado por compresores de presión baja o ventiladores. La fracción pesada que es removida del clasificador por aire es acarreada al sitio de disposición o a un sistema subsiguiente de recuperación. La fracción liviana puede ser almacenada en barriles o transportada a otro fragmentador para una mayor reducción del tamaño antes del almacenamiento o la utilización como combustible o material para fermentación.

Selección del Equipo de Separación por Aire. Los factores que deben ser considerados en la selección de equipo de separación por aire incluyen:

1. Características del material producido por el equipo de fragmentación incluyendo: tamaño de las partículas, gradación, forma, contenido de humedad, tendencia a aglomerarse y contenido de fibra.

2. Especificaciones del material para la fracción liviana.

3. Método de transferir los desechos del fragmentador a la unidad de separación por aire y alimentación de los desechos en el separador por aire.

4. Características de diseño del separador incluyendo: relación de sólidos a aire, (lb de sólidos/lb de aire); velocidades fluidizadoras (pie/min); capacidad de la unidad (lb/h); flujo total de aire (pie3/min) y caída de presión (pulgadas de agua).

PLANTA

ELEVACIÓN

Figura 8.17 Sistema de clasificación con aire para desechos sólidos (Triple/S Dynamics Systems, Inc.).

5. Características operacionales incluyendo: necesidades de energía, requisitos de mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación, funcionamiento y confiabilidad comprobados, producción de ruido y requisitos de control de la polución del aire y el agua.

6. Consideraciones sobre el sitio, incluyendo: espacio y altura, acceso, ruido y limitaciones ambientales.

En la Tabla 8.11 se presentan datos sobre las velocidades de fluidización para varios componentes de los desechos. Se debe anotar que los datos reportados en la Tabla 8.11 fueron obtenidos de un equipo pequeño a escala piloto, se espera que datos obtenidos de unidades a escala completa varíen de los anteriores con la geometría del separador, lo mismo que con la carga. Basados en trabajo realizado en otros campos, aparece que la relación sólidas a aire puede ser el factor de diseño más importante. Se ha reportado que esta relación puede variar entre 0.2 y 0.8 para materiales livianos y puede ser tan baja como 0.02 para papel fragmentado (2).

Hace algún tiempo Dallavalle (5) propuso las siguientes ecuaciones para estimar las velocidades mínimas de arrastre para transporte neumático de partículas de material en ductos horizontales y verticales. Para ductos horizontales:

(8.3)

Para ductos verticales:

(8.4)

donde: V = velocidad del aire, pie/min

S = peso especifico del material que se está transportando

d = diámetro de la partícula más larga a ser movida, pg.

 

TABLA 8.11

VELOCIDADES DE FLUIDIZACIÓN PARA LA SEPARACIÓN CON AIRE DE VARIOS COMPONENTES DE DESECHOS SÓLIDOS*

Componente

Velocidad, pi/min

Clasificador en zigzag con garganta de 2"+

Tubo recto de 6" de diámetro

Envoltura de plástico (bolsas de camisas)

Menos de 400

(electrostática)

---

Periódico desmenuzado seco (25% de humedad)

400 – 500

350

Periódico cortado seco:

1 pg redondo

500

350

3 pg cuadrados

---

350

Aglomerados de periódico y cartón fragmentado seco

600

---

Periódico fragmentado húmedo (35% de humedad)

750

---

Cartón corrugado y desmenuzado, seco

700 – 750

450 – 500

Cartón corrugado cortado, seco:

1 pg redondo

980

700

3 pg cuadrados

---

1.000

Poliestireno, material de empaque

750 – 1.000

(electrostática)

---

Espuma de caucho (1/2 pg cuadrados)

2.200

---

Vidrio molido, metal y fragmentos de roca (de escombros de automóviles)

2.500 – 3.000

---

Caucho sólido (1/2 pg cuadrados)

3.500

---

* De la Referencia 2

+ Vea la Figura 8.16b

NOTA: pie/min x 0.0051 = m/s

Las ecuaciones 8.3 y 8.4 se pueden usar para estimar la velocidad mínima necesaria, basados en la cantidad de transporte que se permite en la fracción liviana. En la Tabla 8.12 se reportan velocidad típicas necesarias para transportar varios materiales.

TABLA 8.12

VELOCIDADES TÍPICAS NECESARIAS DE AIRE EN DUCTOS PARA TRANSPORTAR VARIOS MATERIALES*

Material

Velocidad del aire, pie/min

Granos de polvo

2.000

Trocitos y recortes de madera

3.000

Aserrín

2.000

Yute pulverizado

2.000

Caucho pulverizado

2.000

Hilazas

1.500

Metal pulverizado (molino)

2.200

Plomo en polvo

5.000

Virutas de bronce (finas)

4.000

Carbón fino

4.000

* De la Referencia 5

NOTA: pie/min x 0.3048 = m/min

Separación Magnética.

El método más común de recupera r chatarra ferrosa de desechos sólidos fragmentados implica el uso de sistemas magnéticos de recuperación. Los metales ferrosos, generalmente, son recuperados después de la fragmentación y antes de la clasificación con aire o después de la fragmentación y la clasificación con aire. En algunas instalaciones grandes se han utilizado también sistemas magnéticos superiores para recuperar materiales ferrosos antes de la fragmentación (esta operación es conocida como "escalpado"). Cuando se queman desechos en incineradores municipales, se usa la separación magnética para remover los materiales ferrosos del residuo del incinerador. También se han usado sistemas de recuperación magnética en sitios de disposición como rellenos sanitarios. Los lugares específicos donde se recuperen los materiales ferrosos dependerán de los objetivos a ser alcanzados, tales como la reducción del desgaste del equipo de procesado y separación, el grado de pureza del producto a ser alcanzado, y la eficiencia exigida de la recuperación.

Equipo de Separación Magnética. Para la separación magnética de materiales ferrosos, durante muchos años, se han usado varios tipos de equipo. Los tipos más comunes son: el magneto suspendido (Vea la Figura 8.18a), la polea magnética (Vea la Figura 8.18b) , y el tambor magnético suspendido (Vea la Figura 8.18c). En la Figura 8.19 se muestran dos de los sistemas de separación magnética más comúnmente usados.

Tres magnetos son empleados en un sistema típico de correa múltiple diseñado para operar al extremo de un transportador (Vea la Figura 8.19ª), el primer magneto se usa para atraer el metal, el magneto de transferencia se usa para transportar el material atraído alrededor de una curva y para agitarlo. Cuando el material atraído llega al área donde no hay magnetismo, cae libremente, y también cae cualquier material no ferroso atrapado por el metal contra la correa. Entonces el magneto final devuelve el metal a la correa y es descargado a otro transportador o en recipientes de almacenamiento. Se ha desarrollado una correa de acero inoxidable especialmente diseñada, para superar los problemas originales de desgaste de la correa.

Se han usado separadores de tambores suspendidos en un número de instalaciones grandes de recuperación. Donde se instala un solo tambor en el extremo del transportador, se utiliza la trayectoria de los desechos sólidos descartados para ayudar a separar materiales sueltos no magnéticos y para mejorar la recuperación de materiales ferrosos. Para obtener la recuperación de material más limpio que sea posible sin fragmentación secundaria o clasificación con aire, se puede usar una instalación de dos tambores como la que se muestra en la Figura 8.19b. El primer tambor magnético se usa para recoger material ferroso de los desechos fragmentados y lanzarlos a un transportador intermedio. La mayor parte del material no-magnético cae a un transportador de descarga situado debajo del separador primario. El segundo tambor separador puede ser más pequeño y se puede colocar más cerca del transportador, debido a la reducción de la carga en el transportador intermedio. El segundo tambor gira en dirección opuesta al flujo del material para asegurarse de que no ocurra aglomeración o se forme puente.

Selección del Equipo de Separación Magnética. Los factores que se deben considerar en la selección del equipo de separación magnética incluyen:

1. Lugar(es) donde se van a recuperar los materiales ferrosos de los desechos sólidos.

2. Características de los desechos de los cuales se van a separar los materiales ferrosos, tales como cantidad de material ferroso presente en el desecho, grado de compactación, tendencia de los desechos a aglomerarse o permanecer adheridos uno con otro, tamaño (las piezas ferrosas grandes deben ser reducidas en tamaño a alrededor de 8 pg. o menos), y el contenido de humedad.

3. Equipo a ser usado para alimentar los desechos al separador y para


a) MAGNETO SUSPENDIDO

b) POLEA MAGNÉTICA

c) TAMBOR MAGNÉTICO SUSPENDIDO

Figura 8.18 Separadores típicos de magnetos (Eriez Magnetics).

remover los flujos de materiales separados.

4. Características del diseño de ingeniería del sistema separador incluyendo cargas para un tamaño dado de separador (lb/h), eficiencia de la separación, velocidad de rotación del tambor (r/min), fuerza del magneto, tipo de sistema de enfriamiento del magneto (aceite o aire), velocidad del transportador, flujo de aire si se usa para mejorar la eficiencia, y materiales de construcción.

5. Características de la operación, tales como: requerimientos de energía, mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación, eficiencia y confiabilidad comprobadas, producción de ruido y requisitos de control de la polución del aire y el agua.

6. Consideraciones del lugar tales como: espacio y altura, acceso, ruido y limitaciones ambientales.

Tamizado.

El tamizado comprende la separación de una mezcla de materiales de diferentes tamaños en dos o más porciones por medio de una o más superficie de tamizado, que se usan con medidores de ir o no-ir (14). El tamizado se puede realizar en húmedo o seco, el último es más común en sistemas de procesado de desechos sólidos. El tamizado tiene múltiples aplicaciones en sistemas de re superación de recursos y energía de desechos sólidos. Se han usado mallas antes y después de la fragmentación y después de la clasificación con aire en varias aplicaciones relacionadas con la fracción liviana y pesada de materiales. Abajo se discuten los tipos de mallas que se usan, algunas aplicaciones típicas, la selección de equipo y la evaluación del funcionamiento o eficiencia.

Equipo de Tamizado. Hasta la fecha, los tipos más comunes de mallas usadas para la separación de componentes de los desechos sólidos son los tambores de mallas vibradoras (Vea la Figura 8.20a) y giratorias (Vea las Figuras 8.20b y 8.21). Típicamente, se han usado para la remoción de vidrio y materiales relacionados de desechos sólidos fragmentados. Sin embargo, sólo ahora se está comprendiendo mejor su potencial de aplicación. Se han seleccionado para discusión dos aplicaciones típicas, debido a que las especificaciones de mallas de grandes tambores giratorios parecen estar en aumento. Todavía no hay datos disponibles de las siguientes instalaciones a escala completa.

 

a) SEPARADOR MAGNÉTICO DE TIPO CINTA

b) SEPARADOR MAGNÉTICO DE DOS TAMBORES

Figura 8.19 Sistemas típicos de separación magnética usados con desechos sólidos desmenuzados- a) (Dings Company), b) (Eriez Magnetics).

Se va a instalar una gran malla giratoria de 10 pies de diámetro y 45 pies de largo en las instalaciones de recuperación de recursos NCRR en construcción cerca de New Orleans y que estarán en operación en 1976. La malla, parecida a la que se muestra en la Figura 8.21, está equipada con huecos redondos de 4-3/4 de pg. Los desechos sólidos se introducen a la malla como llegan, sin haber sido desmenuzados. Se anticipa que el 40% del material pasará a través de los huecos. Esta fracción fina contendrá una gran cantidad de envases de aluminio y la mayor parte del vidrio, se pasará por el fragmentador primario e irá directamente al clasificador de aire. La fracción de tamaño más grande (aproximadamente 60% del material que llega) va al fragmentador primario y allí directamente a otro clasificador de aire donde se separa la fracción liviana. La fracción liviana de ambos clasificadores se lleva al relleno sanitario. La fracción pesada se lleva a una instalación de recuperación de materiales (11). En el capítulo 16 se considera más ampliamente la operación de recuperación de recursos de New Orleans.

En la instalación de recuperación de recursos de Milwaukee, programada para entrar en operación en 1976, se va a instalar una unidad de dos tambores. El Primero de 12 pies de diámetro interior, tiene aberturas de 1-1/2 pg de diámetro, y los últimos 8 pies de tambor tienen aberturas de 4 pg de diámetro. El tambor exterior, que tiene 12 pies de largo, tiene aberturas de 3/8 pg de diámetro. La unidad va a ser alimentada por la fracción pesada de un clasificador de aire y se van a producir cuatro fracciones de diferentes tamaños. El material de más de 4 pg va a ser dispuesto en un relleno sanitario. Se va a separar aluminio del material menor de 4 pg. y mayor de 11 pg. El material menor de 1-1/2 pg y mayor de 3/8 pg va a una instalación de recuperación de recursos para remover vidrio. El material menor a 3/8 de pg. va a ser dispuesto en un relleno sanitario (11).

En la Figura 8.22 se muestra una malla desarrollada por un contratista privado para separar cartón de otros desechos.

Selección del Equipo de Tamizado. Los factores que se deben considerar en la selección del equipo de tamizado incluyen:

1. Especificaciones para los materiales componentes.

 

 

 

(a)

(b) TAMBOR GIRATORIO

Figura 8.20 Mallas típicas usadas para la separación de desechos sólidos- a) Malla vibradora (Universal Vibrating Screen Company), b) Tambor de malla giratoria (Triple/S Dynamics Sistems, Inc.).

Figura 8.21 Vista interior de un gran tambor de malla giratorio en operación (Triple/S Dynamics Systems, Inc.).

(a)

(b)

Figura 8.22 Tamiz de alambre en tambor giratorio usado para la separación de cartón. (El separador fue desarrollado por Sacramento Waste Disposal Company)- a) Vista general del tambor separador de cartón. Nótese, en primer plano, el cartón separado cayendo del transportador de descarga. El transportador de carga está ubicado a la derecha al fondo- b) Vista del extremo del separador en operación, se ven las varillas internas de metal usadas para romper bolsas abiertas de plástico y cajas de cartón. El papel, plásticos y cartón más pequeño separados caen a través de las aberturas de la malla a medida que gira el tambor.

2. Lugar donde se va a hacer el tamizado y características de material a ser tamizado, incluyendo: tamaño de las partículas, forma, densidad del conjunto y contenido de humedad, distribución del tamaño de las partículas, tendencia del material a aglomerarse o permanecer adherido y sus propiedades reológicas.

3. Características del diseño de las mallas incluyendo: materiales de construcción, tamaño de las aberturas de la malla (generalmente en pulgadas), configuración de las aberturas de la malla, área total de la superficie de tamizado (pie2), velocidad de oscilación para los tamices vibratorios (veces/min), velocidad de rotación para los tamices giratorios (r/min), y cargas (lb de desecho/pie2/h), y longitud (pie).

4. Eficiencia de la separación y efectividad total (Vea la discusión siguiente).

5. Características de la operación incluyendo: requisitos de energía, mantenimiento de rutina y especializado, simplicidad de la operación, confiabilidad y eficiencias comprobadas, producción de ruido y requisitos de control de la polución del aire y el agua.

6. Consideraciones del lugar tales como espacio y altura, acceso, ruido y limitaciones ambientales.

La eficiencia de un tamiz se puede evaluar en términos del porcentaje de material recuperado en el flujo de material alimentado, usando la siguiente expresión (9).

(8.5)

donde: U = peso de material que pasa a través del tamiz (flujo inferior), lb/h

F = peso de material alimentado al tamiz, lb/h

wu = fracción en peso del material de tamaño deseado en el flujo inferior.

wf = fracción en peso de material de tamaño deseado en la alimentación o que

llega.

La efectividad de la operación de un tamiz se ha definido como (9):

efectividad = recuperación x rechazo

donde: rechazo = 1 - recuperación de material no deseado

Usando la Ecuación 8.5 y la definición anterior para rechazo, podemos encontrar la efectividad del tamiz mediante la siguiente expresión:

(8.6)

Las ecuaciones 8.5 y 8.6 también se pueden usar para determinar el porcentaje de recuperación y efectividad de cualquier operación de procesado, en la cual se van a recuperar componentes individuales de un flujo de desecho liquido o sólido. En el Ejemplo 8.3 se ilustran la aplicación de las ecuaciones 8.5 y 8.6.

EJEMPLO 8.3. Determinación de la eficiencia y efectividad de recuperación de un tamiz.

100 ton/h de desechos sólidos municipales con la composición dada en la Tabla 4.2 son llevadas a un tamiz giratorio para la remoción de vidrio antes de la fragmentación, determine la eficiencia y efectividad de la recuperación basado en los siguientes datos experimentales:

1. Peso del flujo inferior = 10 ton/h

2. Peso de vidrio en el flujo inferior del tamiz = 7.2 ton/h

SOLUCION

1. Determine la fracción, en peso, de vidrio en la alimentación del tamiz. De la Tabla 4.2 el porcentaje dado de vidrio es del 8 por ciento. Entonces, la fracción de vidrio en la alimentación es:

2. Determine la fracción, en peso, de vidrio en el flujo inferior

3. Determine la eficiencia de la recuperación, use la Ecuación 8.5

 

4. Determine la efectividad del tamiz, use la Ecuación 8.6

Otras Técnicas de Separación.

El siguiente material sólo sirve como una introducción a las técnicas de separación que se van a considerar en esta sección, debido a que se conoce menos sobre ellas. Los detalles específicos se deben obtener, a medida que ellos son disponibles, de los registros de instalaciones a escala completa, fabricantes de equipo y la literatura.

Separación por inercia. Los métodos de inercia se basan sobre principios de balística o separación por gravedad, para separar desechos sólidos fragmentados en partículas livianas (orgánicas) y pesadas (inorgánicas). En la Figura 8.23 se muestran esquemáticamente los modos de operación de tres tipos diferentes de separadores por inercia. Este tipo de equipo se usa extensivamente en Europa.

Figura 8.23 Tipos de separadores por inercia (7)- a) Balístico, b) Deflactor, c) Transportador inclinado

Flotación. En el proceso de flotación, el material rico en vidrio, producido por el tamizado de la fracción pesada de desechos clasificados con aire después de la separación de metales ferrosos, se sumerge en agua en un tanque adecuado. Los pedazos de vidrio, roca, ladrillo, huesos y material plástico denso que va a fondo son removidos con barredores de correa para más procesamiento. Las partículas orgánicas livianas y otros materiales que flotan son recogidos de la superficie. Estos materiales pueden ser acarreados a un relleno sanitario para su disposición o devueltos al extremo inicial de la planta pasados por la operación con una masa nueva de desechos. También se han usado químicos y aditivos para mejorar la captura de materiales orgánicos livianos y finos inorgánicos.

Separación Optica. La separación de vidrio de partículas opacas como piedras, cerámica, tapas de botellas y corcho se puede realizar ópticamente identificando las propiedades transparentes del vidrio. La separación óptica decolores se puede usar para separar cristal de vidrio de colores. También se puede separar vidrio mezclado de colores en productos ámbar y verde. En la Figura 8.24 se muestra un separador óptico típico. Funcionalmente, están involucradas cuatro operaciones básicas: (1) las partículas se alimentan por medios mecánicos, (2) las partículas son inspeccionadas ópticamente, (3) los resultados de la inspección se evalúan electrónicamente y (4) los tipos predeterminados de partículas son removidos por un chorro de aire sincronizado.

Refiriéndonos a la Figura 8.24a, notamos que las partículas trituradas de vidrio son alimentadas por la tolva a una bandeja vibradora que se usa para controlar la tasa de alimentación a un ducto inclinado. El ducto se usa para dirigir las partículas a la unidad de inspección para la evaluación. la unidas de inspección contiene una fuente de luz y un sensor que se usa para examina las partículas que caen libremente. Cuando se detecta una partícula rechazable, se produce una señal que acciona electrónicamente un chorro de aire comprimido de la boquilla del eyector haciendo que la partícula sea desviada del flujo del producto principal (Vea la Figura 8.24a). El grado de separación alcanzado con el separador óptico del tipo mostrado en la Figura 8.24, generalmente, es una función de la tasa de alimentación.

Separación Electrostática. Se pueden usar campos electrostáticos de alto voltaje para separar vidrio de la fracción pesada de desechos clasificados con aire y que están libres de chatarra terrosa y de aluminio, en la siguiente forma: Un alimentador vibratorio mide el material que entrega a un tambor giratorio cargado negativamente y a un electrodo positivo cerca del tambor y el alimentador induce una carga en las partículas pequeñas. Los no conductores, como el vidrio y la arcilla, retienen las cargas, los metales y materiales cristalinos, como roca, la pierden rápidamente. El tambor sostiene a los no conductores y el material remanente cae (7).

Separación en Medio Pesado. Aunque la remoción de aluminio se puede realizar de diferentes maneras, el proceso en que existe mayor experiencia es quizá en la separación en medio pesado, principalmente en recuperación de la industria automotriz (7). En este proceso, un material fragmentado rico en aluminio, tal como desechos sólidos clasificados con aire después de haber removido metales ferrosos y vidrio, es lanzado a una corriente de un líquido que tiene un peso específico alto. El peso especifico se mantiene a un nivel que permitirá la flotación del aluminio y otros materiales permanecerán sumergidos (7). Ahora, la mayor desventaja de este proceso es que el tamaño óptimo de la planta demanda alrededor de 2.000 a 3.000 ton/día de material para procesar.

 

  1. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

Figura 8.24 Unidad de separación de vidrio. (a) Diagrama esquemático. (b) Vista gráfica de la instalación de separación de vidrio (Sortex Company of North America, Inc.).

Separación de Inducción Lineal. Un nuevo tipo de magneto parece ofrecer gran promesa para la remoción de aluminio de cantidades relativamente pequeñas de desechos sólidos municipales (250 ton/día y más). Hay pocos sistemas prototipo operando y por lo menos se programa que un sistema comercial empezará a operar en una planta municipal de energía alrededor de 1976.

El diseño de estos sistemas se basa en principios eléctricos fundamentales. Para ilustrar: cuando un campo magnético móvil pasa sobre un conductor no magnético, el campo induce corrientes parásitas en el metal. Este fenómeno se usa para accionar un motor rotatorio de inducción. Si se coloca un estator del motor de inducción lineal, el cual se puede considerar un estator de motor rotatorio de inducción que ha sido cortado y enderezado, debajo de una cinta móvil no magnética, puede crear el campo necesario para retirar los conductores no magnéticos de la cinta transportadora (7).

8.6 SECADO Y EXTRACCIÓN DE AGUA

En muchos sistemas de recuperación de energía e incineración de desechos sólidos, la parte liviana fragmentada es secada para disminuir el peso, removiendo cantidades variables de humedad, que dependen de las exigencias del proceso. Cuando se va a incinerar o a usar lodo de plantas de tratamiento de aguas residuales como una mezcla combustible, se necesita alguna forma de desecado.

Secado.

Una gran variedad de diseños de secadores ha evolucionado a través del tiempo, Antes de considerar cualquiera de estos diseños, puede ser útil revisar cómo se puede aplicar el calor al material a ser secado. Típicamente, esto se efectúa mediante uno o más de los métodos siguientes:

1. Convección, en la cual el medio de calentamiento, generalmente el aire o los productos de la combustión, está en contacto directo con el material húmedo.

2. Conducción, en la cual el calor es transmitido indirectamente por contacto del material húmedo con una superficie calentada.

3. Radiación, en la cual el calor es transmitido directa y únicamente desde el cuerpo calentado al material húmedo por la radiación del calor.

Secadores de Convección. De estos métodos, la convección es la más comúnmente usada para secado industrial. En la Tabla 8.13 se reportan las caracteres ticas de los principales secadores de convección. Debido a que el tambor giratorio ha sido usado eficazmente para el secado de desechos sólidos, este tipo de secador es considerado en mayor detalle en la siguiente discusión.

TABLA 8.13

CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES DE SECADORES DE CONVECCIÓN CONTÍNUA*

Tipo de secador

Métodos de operación

Hogar de parrilla giratoria

El material a ser secado se extiende sobre la parrilla más alta de una serie de parrillas escalonadas y es movido a las parrillas inferiores a medida que secan.

Transportador sin fin

El material a ser secado se extiende en el extremo de alimentación del secador sobre una malla perforada contínua o bandas de transportador que se usan para mover el material a través del secador. El flujo de aire generalmente es en contracorriente.

Tambor giratorio

Una armazón cilíndrica que gira lentamente, ligeramente inclinada con la horizontal, está provista de mecanismo de alimentador continuamente material a se secado. El medio de secado se puede introducir y hacer que fluya en el sentido de la corriente o en sentido contrario al del material a ser secado.

Lecho fluido

El material a ser secado se mantiene en una condición fluidizada. Los secadores de lecho fluidizado, generalmente, tienen la forma de columnas cilíndricas verticales.

Aspersión

El material a ser secado se esparce en una cámara secadora. El movimiento de la alimentación y del medio de secado pueden ser coincidentes, en la contracorriente o combinaciones de los dos.

Llamarada

El material a ser secado es atrapado en el medio de secado y transportado en el proceso de secado.

* Adaptado en parte de la Referencia 20.

Es la forma más simple, un secador de tambor giratorio está compuesto de un cilindro giratorio, ligeramente inclinado de la horizontal, a través del cual pasan simultáneamente el material a ser secado y el gas de secado (Vea Figura 8.25). A medida que el tambor gira, el material a ser secado es transportado continuamente de un extremo a otro por la acción de izado de los alzadores internos. A medida que el material cae de los alzadores, también es roto de manera que se puede obtener un mejor secado.

Se piensa que el secado de material en un secador giratorio directo ocurre en las siguientes etapas (20).

1. Calentamiento del material húmedo y el contenido de humedad a la temperatura de secado constante, la cual es aproximadamente la temperatura del bulbo húmedo en el medio de secado.

2. Secado del material sustancialmente a esta temperatura.

3. Calentamiento del material a su temperatura de descarga y evaporación de la humedad remanente al final de la unidad.

Típicamente, el tiempo de retención en el tambor varia de 30 a 45 minutos. Se puede usar una válvula de descarga ajustable para controlar el tiempo de secado del material o del medio de secado. La descarga al extremo del secador se ajusta con una caja que tiene una abertura de escape que se usa para pasar los gases cargados de vapor por un extractor de polvo y un accesorio de control de aire antes de ser descargados a la atmósfera. El material seco cae fuera por el fondo. En las Referencias 12 y 14 se pueden encontrar detalles sobre otros tipos de secadores de tambor.

Selección del Equipo de Secado. Los factores que deben ser considerados en la selección del equipo de secado incluyen:

1. Propiedades del material a ser secado como se alimenta al, y entrega del secador.

2. Características de secado del material incluyendo: contenido inicial de humedad, tipo de humedad (ya sea agua de hidratación, agua libre o ambas), máxima temperatura del material y tiempo anticipado de secado.

Figura 8.25 Secador de tambor giratorio del calor directo en contracorriente. (Bartlet-Snow).

3. Especificación del producto final, incluyendo contenido de humedad.

4. Naturaleza de la operación, ya sea contínua o intermitente.

5. Características operacionales incluyendo: exigencias de energía, mantenimiento rutinario y especializado, simplicidad de la operación, funcionamiento comprobado y contabilidad, producción de ruido y exigencias de control de la polución del aire y el agua.

6. Consideraciones del sitio incluyendo: espacio y altura, acceso, ruido y limitaciones ambientales.

Aunque las exigencias de energía para secado de desechos varia con las condiciones locales, la energía necesaria se puede es timar usando un valor de alrededor de 1.850 Btu/lb de agua evaporada. En el ejemplo 8.4 se ilustran los cálculos necesarios para determinar la cantidad de agua que debe ser removidas y la energía necesaria.

EJEMPLO 8.4. Análisis de contenido de humedad y energía necesaria para el secado.

Determine las libras de agua se deben ser removidas por tonelada de desechos sólidos fragmentados, clasificados con aire si el contenido inicial de humedad es el 25 por ciento y el contenido final de humedad después del secado es el 10 por ciento. Cuánta energía se necesita para hacer esto?

 

 

 

Solución.

1. Determine las libras de humedad presente inicialmente en los desechos sólidos fragmentados usando la Ecuación 4.1.

a - b = WS = 500 lb de agua presentes inicialmente en la muestra

2. Determine las libras de humedad que deben estar presentes en los desechos fragmentados después del secado, si el contenido de humedad va a ser del 10 por ciento.

WS = 167 lb de agua en la muestra a 10 por ciento de humedad

3. Determine la cantidad de agua a ser removida de cada tonelada de desechos sólidos llevados al secador.

(500 - 167) lb = 333 lb/ton

4. Determine la energía necesaria para el secado, suponiendo que se deben suministrar 1.850 Btu por libra de agua removida.

Energía necesaria = 333 lb/ton (1.850 Btu/lb)

= 616.050 Btu/ton (715 KJ/Kg)

Extracción de Agua. (Desecado)

El problema de la disposición de lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, se ha convertido en un problema critico para comunidades muy grandes en las cuales el uso de lechos de secado, lagunas y la disposición sobre el suelo no son factibles económicamente, y dejaron de ser prácticas. En la mayoría de los casos se ha adoptado alguna forma de extracción ,de agua del lodo para reducir el volumen. Una vez desaguado, se puede mezclar el lodo con otros desechos sólidos. La mezcla resultante puede ser: 1) Incinerada para reducir volumen, 2) usada para producción de subproductos recuperables, 3) usada para la producción de compost (abono), o 4) enterrada en un relleno sanitario. Los dos métodos generales más comúnmente usados para desecar lodo de plantas de tratamiento son la centrifugación y la filtración.

Centrifugación. Se han usado centrifugadoras de tazón, decantación y horizontales para desaguar lodos. Aunque es posible producir un lodo razonablemente espeso (10 a 15 por ciento) mediante la centrifugación, se han encontrado un número de problemas. Los dos más críticos son: (1) los costos elevados de operación y mantenimiento asociados con las unidades, y (2) el arrastre de finos en el filtrado. En las Referencias 12 y 13 se pueden encontrar detalles sobre las aplicaciones de estas unidades para extraer agua de lodos.

Filtración. La filtración al vacío y a presión han sido usadas para desagua lodos. En los Estados Unidos se usa más comúnmente la filtración al vacío, mientras que la filtración a presión es más comúnmente usada en Europa e Inglaterra. En las Referencias 12 y 13 se pueden encontrar detalles sobre aplicación de este tipo de equipo.

8.7 TÓPICOS DE DISCUSIÓN Y PROBLEMAS

8.1 Seleccione ocho técnicas diferentes de procesado para desechos sólidos. Enumere sus usos, ventajas y desventajas.

8.2 ¿Cuál es la diferencia entre compactación y consolidación? ¿Qué efecto tendrá la consolidación en un material embalado que tiene una densidad de 1.800 lb/yd3?

8.3 Suponga que el valor asintótico para las curvas dadas en la Figura 8.15 es 1.800 lb/yd3, derive ecuaciones empíricas para describir el grado de compactación que se puede alcanzar como una función de la presión aplicada, empezando con una densidad inicial del desecho sólido de 200 y 600 lb/yd3. (Ensaye una hipérbola rectangular).

8.4 Usando los datos dados en la Figura 8.5 prepare un diagrama de la reducción de volumen en porcentaje versus las presiones aplicadas. ¿Cómo puede el uso del diagrama conducir a conclusiones erróneas?

8.5 Abajo se presenta la máxima cantidad de desechos sólidos recolectados por día para una semana. Todos los desechos sólidos van a ser quemados en un incinerador municipal a una tasa de 100 ton/día. ¿Cuál es la capacidad necesaria del foso de almacenamiento que se debe diseñar para acomodar 1.15 veces la capacidad exigida?

8.6 Estime la composición del residuo si se van a incinerar materiales de desecho empacados con la distribución de componentes reportados en la Tabla 4.2. ¿Cuál sería la reducción correspondiente de volumen?

8.7 Suponga que el consumo de energía necesaria para la reducción de tamaño de desechos sólidos se puede estimar de acuerdo con la siguiente ecuación de primer orden:

(conocida como la ley de Kick | 20| )

 

 

donde: E = tasa de consumo de energía, hp-h/ton

C = constante, hp-h/ton

= tamaño inicial

= tamaño final

Si se encuentra que se necesitan 10 hp-h/ton para reducir el tamaño de los desechos sólidos de alrededor de 6 a 2 pulgadas, estime la energía necesaria para reducir los desechos sólidos promedio de unas 12 a 2 pulgadas a una carga de unas 10 ton/h.

8.8 Si se va a usar una velocidad de aire de 2.000 pie/min para transportar material finamente molido, con una gravedad especifica de 0.75, en un ducto horizontal, estime el tamaño máximo de las partículas que pueden ser transportadas.

8.9 Suponiendo que es necesaria una relación de aire a sólidos (lb de sólidos/lb de aire). de 0.6 para la separación de la fracción liviana de desechos sólidos fragmentados y que la pérdida de carga, en una columna de separación es igual a 4 pulgadas de agua, estime la potencia necesaria de 1 ventilador en caballos de fuerza , para separa r 50 ton/h de desechos sólidos fragmentados. Suponga que el peso del aire es de 0.0750 lb/pie3 y que se puede usar la siguiente ecuación para calcular la potencia del ventilador.

BHP = 0.227 Q [((14.7 + p)/14.7)0.283 – 1]

donde: BHP = potencia del ventilador

Q = flujo de aire, pie3/min

P = caída de presión

8.10 Dado que el costo de fraccionamiento aumenta a medida que disminuye el tamaño de las partículas y que el costo de la clasificación con aire aumenta con el tamaño de las partículas, discuta como podría negociar entre el costo de la reducción de tamaño y las instalaciones de clasificación con aire a ser usadas en una planta de procesado de desechos sólidos. Cuáles son los factores importantes que deben ser considerados?

8.8 REFERENCIAS

l. American Public Works Association: "Municipal Refuse Disposal," ed ed., Public Administration Service, Chicago, 1970.

2. Boettcher, R.A.: Air Classification of Solid Wastes, U.S. Environmental Protection Agency, Solid Waste Management Program, Publication SW-30c, Washington D.C., 1972.

3. Compactor Handbook, Solid Wastes Management Magazine, New York, 1973.

4. Corey, R.C. (ed.): "Principles and Practices of Incineration", Wiley- Interscience, New York, 1969.

5. Dallavale, J.M.: "The Industrial Environment and its Control," Pitman, New York, 1958.

6. DeMarco, J., et al- Incinerator Guidelines-1969, Public Health Service, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Washington, D.C., 1969.

7. Drobny, N. L., H.E. Huil, and R.F. Testin: Recovery and Utilization of Municipal Solid Waste, U.S. Public Health Service, Publication 1908, Washington, D.C., 1971.

8. Engdahl, R.B.: Solid Waste Processing: A State-of-the-Art Report on Unit Operations and Processes, Bureau of Solid Waste Management, U.S. Department of Health, Education, and Welfare, Publication SW-4c, Washington, D.C., 1969

9. Foust, A.S., et al.: "Principles of Unit Operations," Wiley, New York, 1960.

10. Hill, R.M.: Effective Separation of Shredded Municipal Solid Wastes by Elutriation, paper presented at the 78th Annual Meeting of the American Institute of Chemical Engineers, Salt Lake City, Utah, 1974.

11. Hill, R.M.: Personal communication, 1976.

12. McCabe, W.L.. and J.C. Smith: "Unit Operations of Chemical Engineering," ed ed., New York, 1976.

13. Metcalf & Eddy, Inc.: "Wastewater Engineering: Collection, Treatment, Disposal," McGraw-Hill, New York, 1972.

14. Perry, R.H., C.H. Chilton, and S.D. Kirkpatrick: "Perry’s Chemical Engineers' Handbook," 4th ed., McGraw-Hill, New York, 1963.

15. Reinhardt, J.J. and R.K. Hamm: Solid Waste Milling and Disposal on Land without Cover, U.S. Environmental Protection Agency, NTIS Publication PB-234930, Springfield, Va., 1974.

16. Ros s, R. D. (ed): "Industrial Waste Disposal" Reinhold, New York, 1968.

17. Schwieger, R.G.: "Power from Waste, Power, vol. 119, no. 2, 1975.

18. Stear, J.R.: Municipal Incineration: A Review of Literature, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Programs , Publication AP-79, Washington, D.C., 1971.

19. Trinks, W. and M.H. Mawhinney: "Industrial Furnaces," 5th ed., vol. 1, Wiley, New York, 1953.

20. Walker, W. H., et al.: "Principles of Chemical Engineering," 3d ed., McGraw-Hill, New York, 1937.

21. Williams-Gardner, A.: "Industrial Drying," CRC, International Scientific Series, Cleveland, Ohio, 1971.