Tecnologías Avanzadas de Tratamiento de Residuos: Incineración por Plasma y sus Ventajas

Incineración por Plasma y Otras Tecnologías de Tratamiento Térmico

Problemática de la Incineración Convencional

Para llevar a cabo una incineración convencional, es fundamental considerar el diseño de la planta, el impacto ambiental, la presión social y las disposiciones legales de emisión. Además, este método presenta rasgos problemáticos inherentes:

• La generación de calor depende directamente de las reacciones químicas.
• Se requiere un poder calorífico mínimo del residuo (superior a 4500 cal/g).
• Necesidad de manejar grandes volúmenes de aire.
• Admisión de una concentración máxima de productos clorados (inferior al 30% en peso).

Todos estos factores impulsan la necesidad de explorar y utilizar nuevas tecnologías de incineración.

Tratamiento de Residuos Mediante Tecnología de Plasma: Definición, Ventajas e Inconvenientes

Definición de Plasma

El término “plasma” se define como un estado de la materia en el cual una porción de esta contiene átomos y moléculas que se encuentran ionizados, aunque el componente colectivo general se mantiene neutro.

Generación y Proceso

El estado de plasma se consigue haciendo pasar una corriente gaseosa a baja presión a través de un arco eléctrico, el cual transfiere energía térmica, provocando la ionización de las moléculas. Cuando estas moléculas vuelven a su estado de relajación, se libera una enorme cantidad de energía térmica.

Al introducir cualquier tipo de residuo en un horno de plasma a altas temperaturas y energías, se logran destruir moléculas estables, desintegrando prácticamente el residuo original y convirtiéndolo en sustancias con propiedades físico-químicas totalmente diferentes a las iniciales.

Ventajas del Tratamiento por Plasma

Esta tecnología ofrece múltiples beneficios:

• Mejor transferencia de calor en comparación con la llama convencional.
• Proceso versátil (combustión, gasificación, pirólisis) que se ajusta variando el nivel de O₂.
• Permite seleccionar el tipo de gas más adecuado según las exigencias del residuo.
• La energía de generación necesaria es la de ionización del gas elegido.
• Bajo caudal de gas requerido.
• Generación de calor independiente de la reacción química implicada.
• Tiempo de residencia del gas inferior al de los incineradores convencionales.
• Los productos inorgánicos son inertizados por vitrificación (con posibilidad de reutilización).
• Los residuos son más fáciles de manejar al no mezclarse con ningún combustible.
• Instalaciones más pequeñas y potencialmente móviles.
• Necesitan periodos cortos de tiempo para el arranque y puesta en marcha.
• Baja emisión de contaminantes.
• Alta eficiencia en la recuperación de energía.
• Se alcanza un DRE (Destruction and Removal Efficiency) superior al 99.99%.

Inconvenientes del Tratamiento por Plasma

Existen ciertas limitaciones a considerar:

• Altos costes de operación debido al consumo de energía eléctrica.
• Se requieren materiales sofisticados debido a las altas temperaturas de operación.
• Necesidad de personal altamente cualificado para su manejo y control.

Teoría Desarrollada sobre el Reactor de Plasma

El funcionamiento del reactor se basa en principios específicos:

• Se mantiene un flujo laminar.
• La corriente a tratar y el plasma se mezclan perfectamente en la Región I, donde parte del residuo se destruye debido a la alta temperatura.
• La zona de la capa límite (C.L.), donde ocurre la destrucción, se define como la parte siguiente al umbral de temperatura T(8). Esta capa límite opera a una temperatura inferior a la del núcleo central.
• La destrucción no se produce en la parte exterior de la C.L.
• La alimentación es convertida totalmente en la zona central.
• No se produce la reacción inversa.

Ventajas de la Capa Límite (C.L.)

La consideración de la C.L. simplifica el modelado y la comprensión:

• Simplifica los cálculos de ingeniería.
• En la parte más externa de la C.L. no hay reacción, mientras que en el otro lado tiene lugar la destrucción de la alimentación.
• La descomposición química se asemeja a cinéticas de orden 1.

Dimensionado de la Cámara de Combustión: Reglas de Diseño

El diseño del reactor sigue pautas específicas para optimizar la eficiencia:

• El proceso de destrucción es independiente del diámetro del reactor.
• La longitud del reactor es proporcional al rendimiento del proceso.
• El rendimiento del proceso depende de la temperatura de la pared.
• La C.L. define la eficiencia del sistema (eficiencia = anchura de la C.L.).
• El D.R.E. (eficiencia de destrucción y eliminación) está fijado por la legislación (debe ser >99.99%).

Procesos Posibles Gracias al Tratamiento de Residuos por Plasma

La alta energía y temperatura del plasma permiten múltiples vías de tratamiento:

1. Incineración.
2. Gasificación.
3. Pirólisis.
4. Vitrificación.
5. Recuperación de metales.