DISEÑO DE UN INCINERADOR PARA UN HOSPITAL

DIMENSIONAMIENTO DE UN HORNO PARA LA ELIMINACIÓN DE DESECHOS HOSPITALARIOS EN ZONAS RURALES CON MINIMIZACIÓN DE CONTAMINANTES EN LA FUENTE.

Emérita Delgado Plaza1, Alfredo Barriga Rivera2

1ingeniero Mecánico 2006

2 Director de Tesis, Ingeniero Mecánico, Escuela Superior Politécnica del Litoral, 1974, Doctorado EEUU, Universidad de Washintong, 1979. , profesor de la EPOL desde1973

RESUMEN

El problema ambiental es considerado actualmente como un desafío técnico que exige mucho en cuanto a control, prevención y conocimiento riguroso que sirva para tomar medidas correctivas.

Los residuos generados en los centros de salud tanto rurales como urbanos, cuenta con una inadecuada recolección, transporte, almacenamiento y disposición final de los residuos, lo cual puede provocar daños físicos serios e infecciones graves al personal que labora en estos centros, a los pacientes y a la comunidad en general.

Unos de los métodos térmicos considerados para la eliminación de los residuos hospitalarios es la técnica de incineración considerada como la destrucción de las sustancias orgánicas y fuentes originarias de contaminación biológica contenidas en un residuo.

Entre los principales objetivos de un incinerador se encuentra; reducir el peligro asociado con los desechos, el volumen y la masa de los mismos, diseñar un incinerador económico que pueda ser útil para los hospitales rurales. Estos objetivos son consumados gracias a la exposición de los desechos hospitalarios a altas temperaturas durante un periodo de tiempo suficientemente largo para destruir organismos que pudieran ser una amenaza. El poder calorífico es obtenido de los mismos residuos y del combustible auxiliar, al ser quemados en presencia de aire.

ABSTRACT

The environmental issue is currently regarded as a technical challenge which demands a thoroughly control, prevention, and knowledge, to allow us to take corrective actions.

The remainders generated at hospitals either rural or urban ones, is not adequately handled. These hospitable remainders are incorrectly collected, unsafely transported, and kept in unsuitable places until they can be processed. This procedure can be potentially harmful. There can be physical damage and serious infections threatening the staff working in that specific health centre, the patients, and the inhabitants of that community.

One of the thermal methods considered to eliminate hospitable remainders is referred to as technical incineration which consists in the destruction of organic substances and sources of biological contamination contained in such remainder.

Among the aims of the incinerator we have: to lower the danger associated with the remainder, to decrease the volume and mass of the remainder, to design an economic incinerator that can be useful to rural hospitals. These aims are reached because of the exposition of the hospitable remainders to high temperatures for a time long enough to destroy any organism that could be considered as a threat in a foreseeable future. The calorific power is obtained from the remainders themselves and the auxiliary fuel as well, when they both are burnt together with air.

INTRODUCCIÓN

El siguiente proyecto reside en dar una solución para el tratamiento de los residuos sólidos generados en los centros de salud de las diferentes zonas rurales del cual consiste en transformar las características físicas, químicas y biológicas de un residuo peligroso en un residuo no peligroso o bien menos peligroso a efectos de hacer más seguras las condiciones de almacenamiento, transporte o disposición final de los mismos.

Los incineradores deben contar con doble cámara: Una primaria, que alcanza temperaturas entre 600 y 850 °C; y una cámara secundaria que se obtengan temperaturas superiores a los 1200 °C; y tiempo de residencia de 2 s, además de contar con un sistema que permita disminuir la temperatura y emisiones de contaminantes que no fueron destruidos completamente en la cámara segundaria, antes que los gases de combustión circulen por la chimenea. Los principales objetivos de un incinerador de desechos hospitalarios son:

• Reducir el peligro asociado con los desechos

• Reducir el volumen y masa de los mismos.

• Ser económico y eficiente que pueda ser accesible para los hospitales rurales.

Estos objetivos son consumados gracias a la exposición de los desechos hospitalarios a altas temperaturas durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo para destruir organismos que pudieran ser una amenaza y para quemar la porción combustible de los desechos. El poder calorífico es obtenido de los mismos residuos y del combustible auxiliar, al ser quemados en presencia de aire; así mismo se dimensiona el banco de tubos y la chimenea donde pasaran los gases producto de la combustión estos deberán estar bajo los parámetros establecidos por la Normativa de calidad del Aire del Estado Ecuatoriano ( TULAS)

METODOLOGÍA

Para de realizar el dimensionamiento de las cámaras de combustión de un incinerador para la destrucción de los desechos hospitalarios se considera que el sistema se encuentra en estado transiente y por lo tanto se tomara en cuenta las siguientes consideraciones.

• Cantidad de residuos cargados al incinerador

• Porcentaje de humedad del desecho

• Propiedades Térmicas del material

• Forma de Geométrica de la Cámara

• Longitud de la Cámara

• Temperatura de entrada y salida de los Gases

• Tipo de Combustible

• Velocidad del gas de salida

• Tiempo de Residencia

• Recuperación de Calor

Calculo de la distribución de la temperatura en las paredes del horno.

Para calcular la distribución de la temperatura a través de las paredes (18 - 20 cm. de espesor recomendado por la norma EPA), se utilizo el método gráfico de Schmidt, en el cual se ha considerado que la temperatura inicial de la masa del refractario y de la plancha de acero en el exterior sea de 30°C, y la temperatura del gas sea de 1200 °C con la finalidad de que la velocidad de reacciones químicas de destrucción tenga tiempo suficiente para que se destruyan totalmente la formación de contaminantes, para determinar las propiedades de los materiales se tomara un valor promedio ( mezcla de piedra pómez, ladrillo refractario, arena sílice, cemento refractario) cuyo calor especifico es de 980 J/ Kg K , densidad 1512.5 Kg/ m3. ,conductividad térmica k ( 0.85 W/m°K) , y la difusivilidad térmica  ( 5.7 x10-7 m2/s).con una separacion de un intervalo de tiempo de 9 min.

La temperatura de entrada en la cámara de combustión del horno se tomará en rango de 600 °C -800°C debido a que es la energía recuperada en el sistema térmico antes de que los gases de combustión vayan a la chimenea. En la grafica 1 se puede apreciar en la primera hora la temperatura interna de la pared es de (699,19 º C, temperatura externa (30º C. A medida que pasa el tiempo en la quinta hora se puede observar una la temperatura interna del horno es 936 º y la temperatura externa es de 92.37 º, por lo cual es necesario colocar un sistema de aislamiento en la parte exterior del horno con la finalidad que cumpla con la norma requerida para su funcionamiento.

Figura 1: Grafica de Schmidt – Temperatura Vs. Espesor de la pared

Calculo de la cámara de combustión

Para realizar el dimensionamiento de las cámaras de combustión se procederá a realizar un balance de energía, teniendo a consideración que a medida que varía el tiempo habrá un calentamiento longitudinal a través de las cámaras, el cual dependen del exceso de aire, los residuos cargados al incinerador (Volumen de producción, composición, humedad, y poder calorífico), tipo de combustible, volumen de la cámara, calor especifico de los gases de combustión, temperatura de los gases de entrada y salida. Obteniendo de esta forma la energía total almacenada que esta a su vez dependen de la energía almacenada en la pared, la cantidad de desechos orgánicos que se quemaran que estos a su vez contienen una cantidad de agua que producirá pérdidas de energía. Se calcula a demás el consumo de combustible, en la tabla I se puede apreciar que en la primera hora el consumiría 16.35 gal/h, para las demás hora el consumo de combustible disminuye por razones que hay una recuperación de calor (800 ºC) desde la segunda hora. El tiempo de residencia depende de la longitud total del incinerador y de la velocidad del gas.

TABLA I

ANÁLISIS DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN

Horas Temp. Promedio Energía almacenada Consumo de Fuel # 2 Velocidad del gas Tiempo de residencia

( s) ( °C ) KJ / h gal/h m/s s

1 187,46 1981370,23 16,35 1,4 2,6

2 297,63 1854527,92 13,99 1,63 2,2

3 378,54 1776046,08 13,4 1,78 2

4 437,77 1717895,49 12,96 1,88 1,9

5 480,83 1674523,95 12,63 1,94 1,9

En la tabla1 muestra el tiempo de residencia en la segunda hora donde comienza la recuperación de energía el tiempo de residencia es mayor a 2 segundo por consiguiente estamos cumpliendo las normas establecidas por la EPA , TULA (capitulo 2). A través de varias pruebas se estimo la longitud total de las cámaras de incineración, el cual constara de una

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