MODELADO MATEMÁTICO DE LA DEVOLATILIZACIÓN DE RESIDUOS

MAG. ING. ROSA ANA RODRÍGUEZ, ING. MARCELO E. ECHEGARAY, ING. MARIA R. CASTRO, ING. CARLOS A. PALACIOS, DR.RER.NAT. KLAUS HEKTOR, DR.-ING. STELLA MARIS UDAQUIOLA

San Juan

Congreso; CONGRESO NACIONAL AMBIENTAL 2003; 2003

PRODEA -Programa de Estudios Ambientales -UNSJ

La naturaleza y dinámica de la devolatilización tiene gran influencia en el desprendimiento de volátiles, su cantidad, su composición y valores de calor específico. Algunas características de la combustión como la ignición, la intensidad y duración de la llama y la composición de las emisiones y su velocidad de desprendimiento dependen de las características de dicho fenómeno. En la combustión de sólidos, la descomposición térmica (pirólisis) transforma el material inicial en dos productos; los de la oxidación parcial del combustible sólido y los volátiles. Los contaminantes inorgánicos desprendidos en la combustión pueden ser los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno, monóxido y dióxido de carbono y los ácidos clorhídrico y fluorhídrico. Estas emisiones son las que se presentan en mayores cantidades provocando daños muchas veces irreversibles a seres humanos, así como también a la flora y fauna. Parte de estos contaminantes se desprenden en la devolatilización, como es el caso de los compuestos de azufre (proveniente del azufre orgánico), HCN, NH3, compuestos fluorados, y también se desprenden compuestos orgánicos (3,4,5). Por estas razones es necesario realizar una investigación sistemática sobre la devolatilización debido a que una gran parte de los contaminantes se desprenden en la etapa de pirólisis, además hay que tener en cuenta la responsabilidad de éstos en las reacciones de formación de otros compuestos gaseosos. Para el estudio de este fenómeno se realizó el diseño de un equipo y un procedimiento que permita realizar los ensayos para su determinación. Dicho equipo es calentado mediante resistencia eléctrica, permitiendo la variación de la velocidad de calentamiento. A través del mismo circuló una corriente de nitrógeno, la cual garantizó la atmósfera inerte, necesaria para realizar las experiencias. Se desarrolló un programa computacional para registrar el tiempo, la temperatura y la pérdida de masa durante las experiencias. Se usó un diseño experimental a fin de organizar el trabajo experimental. Se trabajó con tres velocidades de calentamiento y dos composiciones de residuos distintas. Se desarrolló un modelo matemático a fin de predecir la pérdida de masa durante el fenómeno de devolatilización basado en los fenómenos que controlan dicho proceso: Fenómenos de transporte y cinética química del desprendimiento de volátiles. El modelo asume una reacción química de primer orden, donde la constante de velocidad sigue la ley de Arrhenius. La temperatura de la partícula fue determinada matemáticamente mediante la temperatura del gas. Para resolver el sistema de ecuaciones diferenciales planteado se usó el método de diferencias finitas. La comparación de los datos experimentales con los calculados a través del modelo da como resultado una buena aproximación. El factor preexponencial y la energía de activación tienen valores cuya variación con la velocidad de calentamiento satisface los valores encontrados en bibliografía para este fenómeno. Este modelo puede ser incorporado al modelo general de un combustor usado para incinerar residuos médicos. Por otra parte, en este trabajo se determinó la cantidad de materia volátil presente en los residuos, teniendo en cuenta la masa residual presente después de la devolatilización. Se concluyó que el porcentaje de los mismos es del 93 %.