Trabajo del módulo de manejo integral de residuos sólidos en la maestría Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente, se cuenta el estudio de caso de Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de los residuos sólidos elaborado por UNISANGIL, con financiación de COLCIENCIAS Y DE ARGOS.

1. DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO Y
MATERIAL DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES
Provincia de Guanentá, Santander, Colombia.
MODULO: MANEJO INTEGRADO DE RESIDUOS SÓLIDOS
DOCENTE: JORGE WILLIAM ARBOLEDA VALENCIA.
INTEGRANTE:
EDGAR RODRIGUEZ DIAZ
COHORTE XVI- G1.
UNIVERSIDAD DE MANIZALES
FACULTAD DE CIENCIAS CONTABLES, ECONOMICAS Y ADMINISTRATIVAS
MAESTRIA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE
2017

2. Informe elaborado por la FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DE SAN GIL -UNISANGIL
Realizado para ARGOS S.A
Financiado por la Industria Cementera ARGOS S.A y por COLCIENCIAS.
INTRODUCCIÓN.
Este documento presenta el estudio de pre-factibilidad ambiental, económica, social y
técnica para el diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material
de residuos sólidos municipales para 17 municipios integrantes de la provincia de Guanentá
en el Departamento de Santander en Colombia.
La disciplina económica estudia y contabiliza los flujos de materiales de una economía
desde la perspectiva ecológica a través del análisis de flujos de materiales (AFM) y utiliza
un enfoque ingenieril clásico de cálculo de balance materia a un sistema + generación =
salida de materia + acumulación.
Dicho diseño está basado en los conceptos de Economía Circular y Gestión de Recursos,
los cuales se enfatizan en estrategias de eficiencia energética y material, la activación de
los potenciales de crecimiento regional y la creación de valores agregados regionales.
En este documento, se presenta inicialmente un análisis detallado del potencial energético
y material de las diferentes fracciones de los RSU. La tecnología del diseño a ser
presentada, es acorde a la jerarquía de gestión de residuos, principalmente en la
prevención inicial de la generación de los RSU; una separación manual y mecánica de los
materiales reciclables (papel, cartón, plásticos, vidrio, metales, etc.) y de la fracción
orgánica para su posterior tratamiento anaerobio con el fin de generar biogás y un
fertilizante apto para la agricultura regional. El aprovechamiento del biogás generado será
analizado según las necesidades energéticas de la industria cementera ARGOS S.A.,
según las necesidades de la región y según la normatividad aplicable.
Objetivo General
Diseñar un centro de tratamiento de valoración material y energética de residuos sólidos
urbanos, bajo el concepto de mejoramiento sosteniblemente del sistema actual de gestión
de residuos sólidos urbanos de las Municipalidades de la Provincia de Guanentá en
Santander, Colombia.
Objetivos Específicos.
 Aprovechar el material de los residuos sólidos a través de la separación de
materias primas secundarias
 Aprovechar la capacidad energética de la fracción orgánica de los residuos
sólidos municipales
 Generar abonos orgánicos a partir de la fracción orgánica de los residuos

3.  Crear nuevas posibilidades de ingresos y capacitación
 Capacitar y sensibilizar a la comunidad regional en el sector de gestión de
recursos
Área de estudio:
Según Ramírez, O, Yuleimy., (2014), el Municipio de San Gil, catalogado como generador
de diversos servicios especialmente el de turismo, alberga el 56% de la población de la
provincia de Guanentá (Plan Prospectivo Guanentá 2025, 2010), con 45.956 habitantes;
dada su influencia como capital de provincia y principal eje comercial de la región. La
dinámica poblacional que se desarrolla en el municipio mantiene la misma tendencia
nacional: la mayor población se encuentra acentuada en la zona urbana, alcanzando el 84
% (Planeación Municipal, 2012).
El aumento de la población trae consigo la necesidad de mayor requerimiento de alimentos,
servicios públicos, fuentes de trabajo, educación, servicios de salud, aprovisionamiento de
equipamiento e infraestructura, entre otros, y como consecuencia el aumento de
vertimientos líquidos, de Residuos Sólidos Urbanos (RSU), emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI), pérdida de cobertura vegetal y desaparición de especies, y en general
el desmejoramiento de la calidad de vida. En San Gil se consume agua en un promedio de
156 l/hab/día, se vierten aguas residuales en 95,75 l/s"1 al río Fonce, principal fuente
receptora sin tratamiento previo, se generan aproximadamente 12.721 ton/año'1 de RSU;
su degradación produce en promedio 772,419 ton/año'1 de GEI y por consumo energético
eléctrico se emiten 6.123,891 ton/año'1 de GEI.
Aunque la prevención y minimización de la generación de los residuos están consideradas
en la política de nacional de residuos sólidos como prioridades de gestión; en la actualidad
no se realizan en los municipios de la Provincia de Guanentá campañas de educación,
sensibilización y concientización a la población para la prevención y/o minimización de la
generación de los residuos sólidos urbanos y su separación en la fuente de origen.
Se tiene una generación de residuos sólidos urbanos en la provincia de 0,7 Kg/ (Hab*d). El
transporte de los residuos sólidos urbanos en el municipio San Gil es realizado por Empresa
de acueducto, alcantarillado y aseo de San Gil Acuasan E.I.C.E. - E.S.P. por intermedio de
Ecosander y el servicio de transporte es prestado por medio de contratos con la empresa
López Morales y Ciacon. Se tiene un 100% de cobertura en la prestación del servicio.
Actualmente, Acuasan cuenta con 13.548 usuarios a quienes presta el servicio de
recolección y transporte, el cual es prestado con tres vehículos compactadores.

4. Metodología:
Fuente: UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos
sólidos municipales.
En cuanto a la metodología específica a seguir en el desarrollo de este concepto preliminar,
se inicia con un análisis detallado de las actividades operativas de la gestión actual de los
RSU actual en la provincia de Guanentá y se realiza un análisis de los actores involucrados
en dicha gestión; para después identificar los potenciales energéticos y materiales
disponibles en las diferentes fracciones de los RSU de la Provincia de Guanentá, la cual es
considerada como sistema de estudio.
La realización de este estudio tiene como fundamentos los conceptos de Economía Circular
y Gestión de Flujos de Materiales y Energía (Material Flow Management- MFM).
Los datos empleados fueron recolectados y suministrados por la Fundación Universitaria
San Gil (Unisangil) con asesoría de IfaS durante el segundo semestre del 2013. Para el
acuerdo de los datos tomados para el desarrollo de este concepto, se realizaron reuniones
periódicas presenciales y por videoconferencia con el equipo de trabajo de Unisangil.
Para la elaboración del concepto de pre-factibilidad, fueron considerados los pasos
metodológicos mostrados en el siguiente diagrama.

5. Diagrama 1. Pasos metodológicos para el desarrollo del concepto de pre-factibilidad.
La disposición actual de los residuos sólidos se realiza en el relleno sanitario “El Cucharo”
ubicado a 9 km del municipio de San Gil, el cual beneficia a 25 municipios de las Provincias
de Guanentá y Comunera (Acuasan, 2013/2014).
Diagrama 2. Relleno Sanitario El Cucharo.

6. Fuente: UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos
sólidos municipales.
Los costos actuales de recolección y transporte son de aproximadamente 91.982
COP/tonelada (34,94 €/t) y el costo actual de disposición final de residuos sólidos es de
72.490 COP/tonelada (27,54 €/t), más un incentivo que le corresponde al municipio receptor
señalado en la Resolución 429 de 2007 de la CRA igual al 0,23%, para un total por tonelada
dispuesta de 73.907 COP/ tonelada (28,08 €/t) (Acuasan, 2013 & Unisangil, 2014).
Resultados:
Para la implementación del centro de tratamiento y valorización propuesto, se estima un
área requerida de aproximadamente 20.000 m².
Igualmente se deben planificar todas las conexiones requeridas para la operación del
sistema como abastecimiento de agua potable, suministro energía, telecomunicaciones,
sistemas de recolección y tratamiento de aguas residuales, etc.
El sistema elegido fue un sistema de tratamiento mecánico biológico para los municipios de
la Provincia de Guanentá, el cual será descrito en detalle a continuación.
Se consideraron los siguientes procesos básicos en el diseño tecnológico seleccionado a
partir de la presentación y comparación de tecnologías de tratamiento presentado en el
capítulo 4 de este documento.
 Separación manual y mecánica de los siguientes flujos de residuos sólidos.
 Plásticos, metales, papeles, vidrios y cartones para su consecuente recuperación,
comercialización y aprovechamiento material.
 Fracción orgánica para el aprovechamiento energético y para la producción de
mejoradores de suelos.

7.  Aprovechamiento energético de los materiales orgánicos para la producción de
energía y de mejoradores de suelos mediante una planta de biogás con un previo
sistema de pretratamiento hidromecánico.
 Preparación y generación de combustibles derivados de residuos a partir de los
materiales residuales con alto poder calorífico para su aprovechamiento en la
industria cementera.
Diseño de una Planta Piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos sólidos
municipales
Diagrama 3. Procesos requeridos en el sistema de tratamiento.
El diagrama a continuación muestra un ejemplo de las áreas de sistema de tratamiento (IfaS,
2010).
Diagrama 4. Ejemplo áreas del sistema de tratamiento.

8. Fuente: UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos
sólidos municipales.
Planta de cogeneración. La energía eléctrica y térmica generada a partir de la
cogeneración del biogás, puede ser aprovechada directamente en la industria cementera,
para esto, es necesario que el sistema de tratamiento y valorización de RSU esté ubicado
en terrenos aledaños a la industria cementera.
Fuente: UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos
sólidos municipales.
Según los análisis de laboratorio realizados por el Centro Integrado de Laboratorios de
Ingeniería Química a partir de las muestras recolectadas por Unisangil durante la
caracterización de residuos sólidos a finales del año 2013, se encontraron los siguientes
resultados después de someter las muestras a análisis de poder calorífico superior con un

9. calorímetro Parr 6200 y un análisis próximo / termo – gravimétrico con un equipo TA
Instruments TGA 2050.
Determinación de balances de masas y energía del sistema planteado.
La tabla a continuación, resume la proyección de las fracciones de residuos sólidos
municipales a tratar esperadas en el período del proyecto evaluado.
Tabla 1. Fracciones de residuos sólidos municipales a tratar.
Flujos de residuos
sólidos
Cantidad de residuos
(t/a)
Total RSU generados en
20 años (t)
Promedio en el periodo
del proyecto (t/a)
Año del proyecto:
1 5 10 15 20
Vidrio 572 607 654 704 758 13.217 661
Metales 529 562 605 652 702 12.234 612
Papel y
cartones
1.992 2.114 2.278 2.454 2.643 46.066 2.303
Plásticos 2.569 2.727 2.938 3.165 3.409 59.415 2.971
Materiales
orgánicos
9.739 10.337 11.135 11.996 12.923 225.200 11.260
Otros
materiales
1: fracción
con alto
poder
calorífico
1.569 1.665 1.794 1.933 2.082 36.280 1.814
Otros
materiales
2:
Materiales
inertes
1.964 2.085 2.246 2.419 2.606 45.415 2.271
Cantidad
total de
residuos
18.934 20.096 21.649 23.322 25.125 437.827 21.891

10. Fuente: UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos
sólidos municipales.
Mediante el tratamiento mecánico se recuperarán las siguientes fracciones de residuos, las
cuales podrán ser incrementadas en la medida que se adquiera experiencia y conocimiento
de la operación del sistema.
Tabla 2. Total de materiales separados manualmente.
Total Materiales
separados
manualmente
Cantidad de residuos
(t/a)
Total en 20 años (t) Promedio en el
periodo del proyecto
(t/a)
Año del proyecto:
1 5 10 15 20
Papel y
cartones
1.096 1.163 1.253 1.350 1.454 25.336 1.267
Plásticos 2.056 2.182 2.350 2.532 2.728 47.532 2.377
Vidrio 229 243 261 282 303 5.287 264
Metales 476 505 544 587 632 11.011 551
La tabla a seguir muestra la generación de fertilizante líquido y sólido en el período del
proyecto.

11. Tabla 3. Producción de fertilizantes.
Cantidad de residuos
(t/a)
Total en 20 años (t) Promedio en el
periodo del proyecto
(t/a)
Año del proyecto:
1 5 10 15 20
Fertilizante
sólido
5.551 5.892 6.347 6.838 7.366 128.364 6.418
Fertilizante
líquido
2.776 2.946 3.174 3.419 3.683 64.182 3.209
Balance de energía.
A continuación se presenta el balance de energía generada a partir del tratamiento biológico
de la fracción orgánica.
Tabla 4. Balance de energía.
Balance de energía Año del proyecto: Total en 20 años Promedio anual en el
periodo del proyecto
1 5 10 15 20
Cantidad
total de
biogás
generada
(m³/a)
1.202.758 1.276.563 1.375.221 1.481.504 1.596.000 27.812.172 1.390.609
Tabla 5. Aprovechamiento del biogás generado
Aprovechamiento del biogás generado
Opción 1: Cogeneración del biogás para generar energía eléctrica y térmica
La capacidad total instalada calculada de la planta de cogeneración es de 1MWtotal.
Los cálculos fueron determinados asumiendo una eficiencia eléctrica del 40% y una eficiencia térmica del 45%
(FNR, 2010)
Energía eléctrica (kWh/a)
Total
generación
de
electricidad
(kWh/a)
(Bruto)
2.982.839 3.165.877 3.410.549 3.674.130 3.958.081 68.974.186 3.448.709
Consumo
propio de
electricidad
(kWh/a)
596.568 633.175 682.110 734.826 791.616 13.794.837 689.742
Energía
eléctrica
disponible
2.386.272 2.532.702 2.728.439 2.939.304 3.166.465 55.179.349 2.758.967

12. (kWh/a)
(Neto)
Energía térmica (kWh/a)
Total
generación
de calor
(kWh/a)
(Bruto)
3.355.694 3.561.612 3.836.867 4.133.396 4.452.841 77.595.959 3.879.798
Consumo
propio de
calor
(kWh/a)
838.924 890.403 959.217 1.033.349 1.113.210 19.398.990 969.949
Calor total
disponible
(kWh/a)
(Neto)
2.516.771 2.671.209 2.877.650 3.100.047 3.339.631 58.196.969 2.909.848
La inversión es alta, pero debe tenerse en cuenta que el concepto propuesto tiene mejores
beneficios sociales, económicos y ambientales a largo plazo en comparación con la
situación actual sin proyecto, es decir, con la disposición final en rellenos sanitarios, tal y
como se explica en el siguiente diagrama (Comparación IfaS, 2012).
Fuente: IFAS, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y material de residuos sólidos
municipales.

13. Conclusiones:
En este concepto de gestión y tecnología, se convierte la situación actual en una solución
inteligente en la cual se aprovechan al máximo los potenciales energéticos y materiales de
los residuos sólidos urbanos (RSU), destinándose solamente al relleno sanitario el 11 % de
los residuos generados, los cuales corresponden a materiales inertes que han sido
estabilizados previamente y por tanto no generan problemas ambientales futuros.
El centro de tratamiento y aprovechamiento de RSU, es una solución integral para la región,
genera diversos valores agregados regionales. Por ejemplo, mediante el proyecto, se
espera generar nuevos empleos, reducir la contaminación, generar energías renovables,
reducción de emisiones de CO2; valores que no se tendrían con un relleno sanitario
convencional.
Con la situación actual de la gestión de los RSU en la región, se tiene una alta generación
de costos de transporte, disposición final, etc. y una pérdida de los potenciales energéticos
y materiales contenidos en las diferentes fracciones de los mismos. Mediante el concepto
se aprovechan estos potenciales mediante la generación de productos en el período del
proyecto de 20 años tales como fertilizante líquido, fertilizante sólido, materiales reciclables
como papel, metales, plástico, vidrio, etc., generación de energía a partir del biogás y
adicionalmente generación de combustible derivado de residuos (CDR) a partir de la
fracción residual con alto poder calorífico generada en el proceso de tratamiento mecánico
biológico (TMB).
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA:
ALCALDIA MUNICIPAL DE SAN GIL (2012). "Plan de Desarrollo 2012-2015",
Colombia.271 p.
IFAS- Instituto para la gestión aplicada de flujos de materiales. (2016). International
Conference on circular Economy. ICCE. Montalegre, Portugal.
RAMIREZ, O., YULEIMY (2014). Impacto ambiental en el incremento demográfico en el
municipio de San Gil, Santander. Revista Ingeniería y Región. Pg 17-103
UNISANGIL, (2013). Diseño de una planta piloto para el aprovechamiento energético y
material de residuos sólidos municipales. COLCIENCIAS- ARGOS.
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