Evaluación experimental del potencial energético de residuos sólidos provenientes del sector comercial e industrial.
| dc.contributor.advisor | Farías Fuentes, Óscar Francisco | es |
| dc.contributor.author | Mosquera Inostroza, Maximiliano Sebastián | es |
| dc.date.accessioned | 2026-01-06T13:53:31Z | |
| dc.date.available | 2026-01-06T13:53:31Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Mecánico/a. | es |
| dc.description.abstract | El incremento sostenido en la generación de residuos sólidos en la Región del Biobío y las limitaciones operativas de los rellenos sanitarios intensifican la necesidad de alternativas sostenibles para su gestión. En este contexto, el presente estudio evalúa la viabilidad de valorizar energéticamente residuos sólidos del sector comercial e industrial del Gran Concepción, con el objetivo de determinar su potencial energético como combustibles en sistemas de combustión de pequeña escala. Adicionalmente, se estimó el potencial energético asociado a los flujos reales de generación de residuos, permitiendo contextualizar los resultados experimentales a escala territorial. El propósito general es cuantificar experimentalmente el comportamiento térmico y la eficiencia energética de residuos seleccionados mediante su caracterización fisicoquímica y su combustión controlada en un reactor de tiro natural construido para este trabajo. La metodología se estructura en cuatro etapas principales. Primero, se identifican y seleccionan residuos representativos, tales como cáscaras de cítricos, de palta y de papa, mediante encuestas a establecimientos locales. Luego, se caracterizan a través de un análisis de humedad y la determinación del poder calorífico utilizando un calorímetro. En la tercera etapa, se diseña y construye un reactor de combustión vertical de tiro natural empleando materiales reciclados, equipo que permite realizar ensayos controlados bajo condiciones reproducibles. Finalmente, se llevan a cabo experimentos de combustión en tres configuraciones que incluyen biomasa pura y mezclas con 10 g y 20 g de polímero PET. Cada ensayo consiste en alimentar el reactor con una masa constante de residuo, encenderlo bajo un protocolo estandarizado y registrar variables clave, entre las que se encuentran la temperatura superficial del reactor, la temperatura del fluido de trabajo, el tiempo de combustión y cenizas. A partir de estos datos se determinan la potencia térmica instantánea, la tasa de quemado y la eficiencia global del sistema. Los resultados muestran diferencias marcadas entre las fracciones evaluadas. Las cáscaras de cítricos y de palta alcanzan las mayores eficiencias térmicas, con valores de 13,75 % y 13,17 %, respectivamente, además de potencias promedio de 6,1 kW y 4,7 kW, asociadas a su elevado contenido de volátiles y lípidos. En contraste, las cáscaras de papa exhiben un bajo rendimiento energético debido a su alta humedad, la cual limita el aumento de temperatura y genera una combustión incompleta. Un hallazgo relevante es que la incorporación de PET no produce la sinergia esperada, ya que el polímero fundido encapsula la biomasa y restringe la difusión de oxígeno, reduciendo la potencia máxima desde los 17,3 kW obtenidos con biomasa pura hasta 4,2 kW en la configuración con 20 g de PET. En conclusión, la combustión de residuos orgánicos en un reactor de tiro natural constituye una alternativa técnicamente viable para fracciones con alto contenido de volátiles y lípidos, mientras que los residuos con humedades del orden del 70 % o superiores requieren pretratamientos para mejorar su desempeño energético. Asimismo, la co-combustión con PET no resulta recomendable sin un control del flujo de aire o modificaciones al diseño del sistema. En conjunto, este estudio aporta fundamentos experimentales y metodológicos para el desarrollo de tecnologías de valorización energética, adaptadas a la realidad local y orientadas a la gestión sostenible de residuos. | es |
| dc.description.abstract | The sustained increase in solid waste generation in the Biobío Region, together with the operational limitations of sanitary landfills, intensifies the need for sustainable waste management alternatives. In this context, the present study evaluates the feasibility of energy valorization of solid waste from the commercial and industrial sectors of Greater Concepción, with the aim of determining its energy potential as a fuel for small-scale combustion systems. Additionally, the energy potential associated with real waste generation flows was estimated, allowing the experimental results to be contextualized at a territorial scale. The main objective is to experimentally quantify the thermal behavior and energy efficiency of selected residues through physicochemical characterization and controlled combustion in a natural draft reactor built for this purpose. The methodology is structured in four main stages. First, representative residues such as citrus peels, avocado peels, and potato peels are identified and selected through surveys of local establishments. Subsequently, the residues are characterized by moisture content analysis and the determination of their calorific value using a calorimeter. In the third stage, a vertical natural draft combustion reactor is designed and constructed using recycled materials, enabling controlled experiments under reproducible conditions. Finally, combustion experiments are conducted under three configurations, including pure biomass and mixtures with 10 g and 20 g of PET polymer. Each test consists of feeding the reactor with a constant mass of residue, igniting it under a standardized protocol, and recording key variables such as reactor surface temperature, working fluid temperature, combustion time, and ash generation. From these data, the instantaneous thermal power, burn rate, and overall system efficiency are determined. The results show marked differences among the evaluated fractions. Citrus and avocado peels achieve the highest thermal efficiencies, with values of 13.75% and 13.17%, respectively, as well as average thermal powers of 6.1 kW and 4.7 kW, associated with their high content of volatile compounds and lipids. In contrast, potato peels exhibit low energy performance due to their high moisture content, which limits temperature rise and leads to incomplete combustion. A relevant finding is that the incorporation of PET does not produce the expected energetic synergy, as the molten polymer encapsulates the biomass and restricts oxygen diffusion, reducing the maximum thermal power from 17.3 kW obtained with pure biomass to 4.2 kW in the configuration with 20 g of PET. In conclusion, the combustion of organic residues in a natural draft reactor constitutes a technically viable alternative for fractions with high volatile and lipid content, whereas residues with moisture contents of approximately 70% or higher require pretreatments to improve their energy performance. Likewise, co-combustion with PET is not recommended without active airflow control or design modifications. Overall, this study provides experimental and methodological foundations for the development of energy valorization technologies adapted to local conditions and oriented toward sustainable waste management. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Ingeniería Mecánica | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ingeniería | es |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/13536 | |
| dc.language.iso | es | es |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Desechos industriales | es |
| dc.subject | Comercio | es |
| dc.subject | Rellenos de tierra sanitarios | es |
| dc.subject | Energía | es |
| dc.subject | Combustibles | es |
| dc.subject | Sustentabilidad | es |
| dc.subject.ods | ENERGÍA asequible y sostenible | es |
| dc.subject.ods | Acción CLIMÁTICA | es |
| dc.title | Evaluación experimental del potencial energético de residuos sólidos provenientes del sector comercial e industrial. | es |
| dc.type | Thesis | en |