1. Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011 pp 598-601 ISBN 978-607-607-015-4
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Criterios para el tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios
mediante evaporación por radiación solar
Marcel Szantó Narea, Enrique Piraino Davidson, Christina Esther Arancibia Evans
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Avenida Brasil 2147, Valparaíso, (56-32) 2273626, E-mail:
mszanto@ucv.cl.
Resumen
La complejidad en la composición de los lixiviados y la variación que presentan según los residuos
de los que se originan, el lugar donde se encuentra el relleno, y la propia evolución experimentada
en el tiempo, hace difícil a formulación de un sistema de tratamiento generalizado. Los actuales
métodos de tratamiento sólo logran este objetivo parcialmente, y deben utilizarse dos o más de ellos
en el proceso para superar las limitaciones que presentan los tratamientos individuales. El uso de
invernaderos para la evaporación de lixiviados presenta varias ventajas por sobre las lagunas de
evaporación, un método similar que se utiliza en zonas de gran radiación solar, pero no se ha
estudiado ni desarrollado su utilización para este fin. Para ello se propone establecer los criterios de
diseño del equipo, tanto estructurales como de balance de masa y energía, para su implementación
en diferentes zonas. Dado que se presenta una variabilidad en la composición de diferentes
lixiviados, es necesario además contar con una metodología de determinación de su composición
rápida y confiable, por lo que se estudiará el uso de métodos espectrométricos para la determinación
de la composición y cantidad de los compuestos presentes en los líquidos percolados. Con los
resultados obtenidos de este estudio, será posible probar el funcionamiento de un invernadero en
forma piloto, cuyo diseño pueda establecerse de acuerdo a las condiciones reinantes en el lugar de
emplazamiento, la geometría de la estructura, las cargas soportadas, y el tipo de lixiviado a evaporar
en diferentes zonas del país.
Palabras Clave: espectrometría, evaporación, invernadero, lixiviados, percolados
1. Introducción
La complejidad en la composición de los lixiviados y la variación que presentan según los residuos
de los que se originan, el lugar donde se encuentra el relleno, y la propia evolución experimentada
en el tiempo, hace difícil a formulación de un sistema de tratamiento generalizado. Los actuales
métodos de tratamiento sólo logran este objetivo parcialmente, y deben utilizarse dos o más de ellos
en el proceso para superar las limitaciones que presentan los tratamientos individuales.
Otros métodos, menos convencionales, como ultrafiltración, osmosis inversa y nanofiltración han
demostrado su eficiencia en la remoción casi completa de contaminantes (98-99% en el caso de
osmosis inversa), obteniéndose un efluente que puede ser dispuesto en cuerpos de agua
superficiales. Sin embargo, estos tratamientos implican altos costos, tanto de inversión inicial como
en operación, pues la rápida colmatación de las membranas obliga a su continua limpieza y
recambio en cortos períodos de tiempo.
La utilización de invernaderos presenta varias ventajas sobre el método tradicional de lagunas de
evaporación: concentran la radiación solar en un espacio cerrado, aumentando la temperatura del
ambiente y la velocidad de evaporación del líquido; es posible habilitar un sistema de recuperación
del agua evaporada para usos posteriores, y posee un mejor control de los parámetros que afectan el
proceso de evaporación (humedad relativa, temperatura, altura del líquido), así como facilidad en la

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remoción del lodo resultante, y la eliminación de la exposición directa del lixiviado al medio
ambiente.
2. La Radiación Solar como Fuente de Energía
La radiación solar se ha utilizado en diferentes procesos a través de la historia, como el secado de
carne, frutas, y la deshidratación de otros tipos de artículos. En el caso de los lixiviados se utilizan
piscinas de evaporación para disminuir su volumen, y disponer de los lodos resultantes en el mismo
relleno sanitario. Sin embargo su exposición no se reduce a la radiación solar, pero también a
precipitaciones, viento, contaminación desde otras fuentes como polvo y animales. Además
requieren de amplias áreas para su utilización, y dado que es abierto a la atmósfera, no posee
sistema alguno de retención de la radiación, volviéndolos ineficientes.
Una forma de aprovechar de mejor manera la radiación solar es mediante el sistema de
invernaderos, en donde la radiación es transmitida al interior del equipo, impidiendo que vuelva a
salir debido al cambio en su longitud de onda. De esta forma, la atmósfera interior se calienta,
aumentando su temperatura, y facilitando el proceso de evaporación, el cual se realiza en un menor
tiempo que si se encontrara al aire libre.
2.1 Proceso de Evaporación
La evaporación de líquido al interior de un invernadero funciona mediante la incidencia solar
directa sobre éste. Parte de la radiación de onda corta es reflejada a la atmósfera, siendo el resto
transmitido al interior del equipo. Otro porcentaje de esta energía es reflejada por el líquido,
mientras que el resto es absorbida por éste último, aumentando su temperatura y emitiendo
radiación de longitud de onda larga. Debido a las características del material de recubrimiento del
invernadero (plástico o vidrio), la radiación de onda larga es retenida al interior del invernadero,
elevando a su vez la temperatura al interior de la estructura.
Parte de la energía absorbida por el líquido es eliminada al evaporarse parte del agua al ambiente.
Para reducir la humedad relativa al interior, es necesario el recambio continua del aire, de manera
que más agua pueda ser evaporada, pero permitiendo a su vez el calentamiento del mismo para
permitir la evaporación.
La velocidad de evaporación está directamente relacionada con la altura del líquido, ya que el vapor
de agua formado al interior del líquido escapa más rápido con alturas menores. Un problema de esto
es que al mismo tiempo se trata un menor volumen de lixiviado, por lo que debe encontrarse un
compromiso para el escalamiento del equipo.
3. Requerimientos en Diseño Estructural
3.1. Elementos Climáticos
Dada la función protectora del invernadero, su estructura y diseño depende en gran medida de los
factores climáticos externos, los cuales pueden reducirse a cuatro formas principales: temperatura,
precipitación, radiación solar y viento.
Estos factores son esenciales para el diseño estructural y la creación del microclima interno, y su
determinación es necesaria independientemente de la función futura del invernadero, la cual dictará
el microclima interno necesario. La combinación de ambos elementos climáticos definirá las
necesidades estructurales finales.
Además se debe considerar el impacto y la necesidad de mantener ciertas condiciones interiores en
el equipo, que permitan tanto la evaporación del líquido presente en el lixiviado y la capacidad de

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remover esa masa del medio, procesos que se rigen principalmente por la temperatura y humedad
ambiental.
3.3. Características de Construcción
Los invernaderos son estructuras ligeras en su construcción, y cuyo material de cobertura debe ser
trasparente para permitir el paso de la luz solar, haciéndolo sensible a las fuerzas que se presentan
en el clima. La construcción debe, por lo tanto, ser capaz de resistir tanto los elementos expresados
por el clima, traducidos en cargas, impactos, degradación del material, así como las cargas
producidas por la misma estructura, las fuerzas en sus diversos puntos, y la forma en que distribuye
esto a sus fundaciones y anclaje, permitiéndole resistir mejor.
Otra característica que afecta la dinámica de la atmósfera al interior y exterior del equipo es el
diseño geómetrico de la estructura, tales como altura, ancho, pendiente del techo, forma del techo,
entre otros, alterando sensiblemente la forma en que los invernaderos reaccionan ante diferentes
factores1
.
Los materiales utilizados en la construcción del equipo deben reunir características que les permitan
enfrentar las condiciones exteriores ya señaladas, y al mismo tiempo resistir cierta corrosión del
propio lixiviado. Es posible utilizar protecciones, pero estos agregados encarecerán el diseño final.
Las propiedades físicas del material utilizado en la cobertura afectan el clima que se genera al
interior del invernadero, principalmente debido a la tramitancia que posee cada distinto material,
determinando tanto la cantidad y tipo de luz que ingresa y sale de la estructura.
Por otro lado, las propiedades mecánicas de estos materiales influencian el diseño estructural y
comportamiento mecánico de la estructura completa.
La ventilación del invernadero tiene como función primaria el recambio del aire interior, afectando
el microclima generado al interior de la estructura. Su importancia en la evaporación de lixiviados
radica en el ingreso de aire fresco con menor cantidad de humedad, de manera de permitir que
prosiga el proceso de evaporación, al reemplazar el aire saturado.
Existen dos fuerzas responsables de la ventilación. El viento exterior genera una distribución de
presión en el perímetro de la estructura, induciendo una diferencia de presión en las aberturas de
ventilación y generando el movimiento de aire. La distribución de presión depende de la geometría
de la estructura, en especial la forma del techo, y debido a esto la posición de las aberturas de
ventilación define el gradiente de presión que se obtenga al interior.
4. Bases Teóricas en la Generación del Clima Interno
Gracias a diferentes modelos matemáticos simulados en computadores, se ha podido apreciar que el
el gas al interior de un invernadero se comporta en forma similar a un tanque perfectamente
agitado2,3
, lo que permite generar un esquema simplificado de su comportamiento, a través del cual
pueden estudiarse algunas varias en transferencia de calor y masa.
4.1. Método de Convección y Tipo de Flujo
El principal mecanismo de transferencia de calor existente al interior de un invernadero es la
convección, mediante la cual se extrae el líquido presente en los lixiviados hacia la atmósfera
interna. De acuerdo al grado de ventilación interna esta convección puede ser libre o forzada,
prefiriéndose conseguir la primera forma a través de diferenciales de presión y temperatura por
medio de aberturas puestas estratégicamente en el diseño4
, ahorrando de esta forma gastos en
energía e implementación de equipos que requiere una ventilación forzada.

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Dadas estas características, el flujo tiende también a ser turbulento, mejorando la transferencia al
permitir un mayor contacto del lixiviado con aire no saturado. Estas características dependen mucho
del diseño geométrico del invernadero, así como el posicionamiento general con respecto a los
vientos existentes en la zona, así como la incidencia de los rayos solares sobre el equipo.
4.2. Determinación del Régimen de Transferencia de Calor
Para cuantificar la capacidad del invernadero para evaporar el líquido, es necesario determinar el
coeficiente de transferencia de calor por convección del lixiviado, una estimación compleja
considerando la naturaleza variable del lixiviado, no sólo en el tiempo de vida del relleno sanitario,
sino de acuerdo al tipo de residuo que éste recibe, que varía de localidad en localidad.
La determinación de este parámetro por medio de las características del lixiviado y el aire que lo
rodea requiere una serie de experimentos exhaustivos, los cuales serían necesarios de realizar en
cada caso particular, para cada relleno sanitario.
Se postula, sin embargo, que a través de métodos espectroscópicos se podrán catalogar los
diferentes lixiviados en grupos de características similares, estableciéndose los diferentes
parámetros necesarios en cada caso (número de Prandtl, Reynolds, Grashof, etc), permitiendo la
estimación del coeficiente de transferencia, y finalmente, las necesidades estructurales del
invernadero.
5. Conclusiones
La introducción de un sistema de evaporación cerrado para lixiviados permitirá mejorar la
eficiencia del proceso al optimizar las condiciones del mismo. Sin embargo, se requiere establecer
primeramente los criterios de construcción que permitan adaptar este equipo al nuevo uso dado,
evaluando sus propias capacidades de transferencia y remoción de líquido.
Estas capacidades deben ser evaluadas en terreno, un paso a realizarse en el futuro, a través del cual
busca validarse y corregirse los modelos elaborados en forma teórica, incluyendo un nuevo sistema
de caracterización, con el cual se desea catalogar en diversos grupos los diferentes lixiviados
provenientes de rellenos sanitarios.
Referencias Bibliográficas
[1] Elsner B. Briassoulis D. Waaijenberg D. Mistriotis A. Zabeltitz C. Gratraud J. Russo G. Suay-
Cortes R. ―Review of Structural and Functional Characteristics of Greenhouses in European Unio
Countries: Part I, Design Requirements‖. Journal of Agricultural and Engineering Research. Vol.
75. 2000. Pp. 1-16.
[2] Udink A. ―Remarks on greenhouse climate control‖. Acta Horticilturae. Vol. 106. 1980. Pp. 43-
46.
[3] Campen J. Bot G. ―Determination of Greenhouse-specific Aspects of Ventilation using Three-
dimensional Computational Fluid Dynamics‖. Biosystems Engineering. Vol. 84. 2003. Pp. 69-77.
[4] Roy J. Boulard T. Kittas C. Wang S. ―Convective and Ventilation Trasnfers in Greenhouses,
Part 1: The Greenhouse considered as a Perfectly Stirred Tank. Biosystems Engineering. Vol. 83(2).
2002. Pp. 1-20.