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  • Tipología de celdas en un vertedero

    Representan los distintos "materiales" que componen el vertedero.Para cada tipo de celda el usuario debe definir las características generales, propiedades hidrológicas, biodegradación, etc.

  • Sistemas de recolección de lixiviados.

    Se debe establecer su situación en el vertedero y sus propiedades de evacuación de agua (pendiente, diámetro, permeabilidad, caudal de bombeo, etc.) según se trate de áridos, conductos o un pozo de bombeo.

1. DESCRIPCIÓN GENERAL

Moduelo es un programa de ordenador cuyo propósito general es la simulación de vertederos de residuos urbanos como herramienta para su diseño, diagnóstico y seguimiento. La versión 4 ha sido desarrollada sobre la plataforma .Net de Microsoft (.Net Framework 3.5) con el entorno de desarrollo Visual Studio 2008 y el lenguaje de programación C#. Como gestor de base de datos se utiliza SQL Server 2008.

Moduelo login

Ventana de entrada a MODUELO 4.0

El programa simula diariamente:

  1. - La generación y gestión de residuos procedentes de distintas fuentes.
  2. - El crecimiento del vertedero.
  3. - Los fenómenos hidrológicos del vertedero, superficiales (escorrentía, infiltración, evaporación) e internos (movimiento del agua entre los residuos, recolección de lixiviados e infiltración/exfiltración en el contorno), incluyendo la opción de recirculación de lixiviados.
  4. - La degradación de residuos biodegradables.
  5. - El asentamiento por compactación y por degradación.

Sobre la configuración del vertedero correspondiente en cada paso de tiempo, el programa establece el balance hidrológico superficial y calcula la cantidad de agua escurrida superficialmente, evaporada e infiltrada en cada celda superficial. Seguidamente se calculan los flujos verticales (de agua y contaminantes) entre celdas y al terreno, hacia los drenes, y los flujos horizontales. Con paso de tiempo diario se simulan las reacciones de biodegradación, de las que se obtienen los contaminantes disueltos en el lixiviado y el biogas generado, y los asentamientos por compactación y pérdida de masa. Los modelos matemáticos de cálculo se han tomado de las versiones anteriores: el hidrológico en zona no saturada y los de asentamientos de MODUELO 3 y los hidrológicos superficiales y de biodegradación de MODUELO 2.

Así, se obtienen como resultado series diarias de:

  1. - Cantidad, composición, características generales (densidad, humedad, poder calorífico) y biodegradabilidad de los residuos generados, vertidos y recuperados.
  2. - Características globales del vertedero (cantidad de residuos, agua almacenada ...)
  3. - Cantidad de lixiviados en cada sistema de recolección, recirculación o almacenamiento y contaminación orgánica de los mismos (DBO, DQO, N amoniacal, N total, "composición").
  4. - Cantidad y composición del biogas generado (CO2, CH4, H2).
  5. - Asentamientos en distintos puntos del vertedero.

demoduelo13 daily evolution
Ejemplo de evolución temporal de la DBO y DQO de un lixiviado

Y también puede evaluarse el estado del vertedero:

  • - De algunas celdas a lo largo del tiempo.
  • - El estado de todas las celdas al final de la simulación.

Los datos del sistema (definición del modelo, resultados, etc.) se almacenan en una base de datos relacional SQL Server, que permite su consulta directa, crear gráficos combinando diversas series de datos o exportar los resultados a ficheros Microsoft Excel para su gestión y consulta externa. El estado de las celdas al final de cada simulación puede consultarse además a través de un visor gráfico tridimensional.

2. DATOS DE ENTRADA

Para simular un vertedero el usuario debe crear el modelo de simulación, que comprende cuatro submodelos:

(1) Modelo meteorológico

Se construye a partir de series meteorológicas convencionales, con valores diarios de insolación, velocidad del viento, humedad y temperatura y valores horarios de precipitación. Estas series suelen estar disponibles en los vertederos (suele existir una estación meteorológica más o menos completa), aunque a veces se deben complementar con datos de estaciones cercanas. Para simulaciones de predicción el usuario debe crear series nuevas basadas en datos históricos.

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Entrada de datos meteorológicos en MODUELO

(2) Modelo de gestión de residuos

Agrupa los datos de cantidades, forma de gestión (reciclaje o no) y características de las distintas corrientes de residuos que se consideran. Las características incluyen propiedades generales (densidad, poder calorífico, humedad) y parámetros de degradación (composición química, biodegradabilidad, fracción biodegradable). Para los materiales habitualmente encontrados en el residuo urbano (papel, cartón, residuos de alimento, etc.) existen valores de referencia de estas características.

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Ventana de entrada de las características de los residuos

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Simulación de la historia de vertido de los residuos

(3) Modelo de almacenamiento de lixiviados

Debe definirse cuando se simula recirculación de lixiviados. Incluye los datos sobre capacidad del sistema de regulación de lixiviados y el envío de caudales a tratamiento.

(4) Modelo morfológico del vertedero

Se genera a partir del modelo tridimensional de terreno discretizado, que a su vez puede generarse desde un fichero topográfico convencional. Para ello el programa incluye un Conversor de ficheros DXF. El modelo del vertedero está formado por capas de espesor variable, que a su vez están formadas por celdas de planta cuadrada con dimensiones fijas. El espesor de las capas así como las dimensiones de las celdas son definidos por el usuario en cada modelo. Sobre el modelo de terreno el usuario crea el Modelo morfológico de vertedero mediante cuatro tipos de datos:

1.- Tipos de celda

Representan los distintos "materiales" que componen el vertedero (desde residuo con cobertura hasta capas de drenaje de gravas, o caballones impermeables o muros de contención). Para cada tipo de celda el usuario debe definir las características generales (densidad, capacidad de retención de humedad, conductividad hidráulica, etc), propiedades hidrológicas (parámetros de infiltración, evaporación, fracción de volumen canalizado, etc.), de biodegradación (tiempos de activación y velocidades de hidrólisis, acetogénesis y metanización) y de asentamiento (coeficiente de compactación y de pérdida de masa).

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Ventana de entrada de celdas en el vertedero


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Tipología de celdas en un vertedero

2.- Sistemas de recolección de lixiviados

Se debe establecer su situación en el vertedero y sus propiedades de evacuación de agua (pendiente, diámetro, permeabilidad, caudal de bombeo, etc.) según se trate de áridos, conductos o un pozo de bombeo.

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Gráfico generado en MODUELO: planta de un vertedero
.

3.- Sistemas de gestión de escorrentía superficial

Se define en cada celda del modelo por su dirección y tipo de gestión (conectada a la red de lixiviados, no conectada, mixta, combinada, con caballones).

4.- Sistemas de recirculación de lixiviados

Se pueden definir durante la explotación y tras la clausura del vertedero. Para ello se fijan las zonas donde se practica la recirculación, y los parámetros principales de operación (caudales máximos, fechas de operación).

Para controlar (y definir si se desea) visualmente la discretización, el programa incluye un Diseñador Visual, herramienta gráfica tridimensional que permite generar la geometría y definir elementos y características de los mismos de manera sencilla. Esta herramienta además se complementa con un visor de imágenes, que facilita al usuario la comparación de la representación del vertedero en el programa con las características reales de la instalación a simular.

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Ventana de entrada de datos del sistema de drenaje de lixiviados
.

Como se describe en los párrafos anteriores, entre los datos requeridos se encuentran datos de diseño y explotación de los que el usuario dispondrá sin dificultad. En cuanto a los parámetros característicos de los materiales, raramente se miden de forma directa. Habitualmente se eligen entre intervalos de referencia con valores obtenidos por distintos autores en laboratorio, observados en campo, o por calibración de modelos. Algunos se determinan en cada caso por calibración, contrastando los resultados de la simulación con lo medido en campo. Es el caso de los parámetros de capacidad de retención de humedad y conductividad hidráulica, que se suelen obtener por calibración de las series de caudal lixiviado, o las velocidades de degradación, que se obtienen por contraste de la contaminación en el lixiviado y el gas generado a lo largo del tiempo.

Según la información disponible el usuario define cada submodelo (y sus parámetros) con más o menos detalle, y esto condiciona la calidad de la simulación.

Pueden crearse simulaciones de diferentes escenarios combinando distintos submodelos. Los datos en cada caso se definen a través de las ventanas correspondientes. Para facilitar el manejo de series temporales de datos (series meteorológicas, de lixiviados enviados a plantas de tratamiento, series de residuos…) existe la opción de cargarlas directamente desde hojas de cálculo externas al programa (Microsoft Excel) donde pueden editarse si no se desea hacerlo directamente en el programa.

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Ventana de inicio de una simulación

Por otro lado, el estado final de las celdas del vertedero después de una simulación puede ser utilizado como estado inicial para simulaciones posteriores, reduciendo de esta forma los tiempos de ejecución en simulaciones largas.

3. APLICACIONES

El programa puede emplearse desde la fase de diseño de un nuevo vertedero o en vertederos existentes, con distintos objetivos.

  1. Diseño, análisis de alternativas de elementos de protección (sistema de gestión de lixiviados o del gas)
  2. Predicción de evolución en el tiempo (volumen final del vertedero, contaminación)
  3. Diagnóstico de la situación actual (contenido de agua, contaminación potencial) o ante problemas de explotación
  4. Seguimiento y control (comparación de valores esperados con valores medidos, análisis del balance hidrológico, estimación de emisiones de gases de efecto invernadero _GEI_).

Ha sido diseñado para simulación de vertederos de residuos urbanos. Para otro tipo de residuos sería necesario incorporar los modelos de degradación de los mismos.

4. REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA OPERATIVO Y HARDWARE

Los requerimientos mínimos para la instalación y ejecución del sistema son: procesador Intel Pentium, 512 Mb de memoria RAM, 2 Gb de disco duro y sistema operativo Windows XP. Los requerimientos recomendados dependen de la magnitud del modelo a simular. Orientativamente, para simulaciones del tamaño habitual, se recomienda un procesador Pentium Dual Core, 2 Gb de memoria RAM, 20 Gb dedicados de disco duro y sistema operativo Windows XP.

En cuanto al monitor, para una correcta visualización del programa, la resolución mínima es de 1024x768 pixels. En cualquier caso, dada la arquitectura multidocumento de la interface es recomendable utilizar monitores con resoluciones mayores, especialmente para el análisis de resultados.

5. MÁS INFORMACIÓN

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