Diseño a escala local: Equipo domiciliario para el aprovechamiento de residuos

Abstract

Esta memoria ha sido concebida como una guía educativa para que cualquier persona interesada en el diseño, iniciada o no en el tema, pueda comprender el diseño y su proceso creativo, desde la ciencia aplicada, la sustentabilidad y la innovación. Los residuos sólidos son objetos que han perdido su utilidad y que son descartados. Durante siglos de desarrollo humano han sido acumulados y, actualmente, la mayor parte es dispuesta en rellenos sanitarios generando impactos negativos en el planeta. En Chile, los residuos están concentrados en la Región Metropolitana (RM), con un 43% del total nacional. A fin de aportar en la solución del problema, se propone concebir y diseñar un equipo que aproveche residuos a nivel domiciliario y se adapte a usuarios en diferentes contextos de la RM, utilizando las herramientas de diseño Upcycle y TRIZ, que permiten integrar la sustentabilidad e innovación en el diseño, respectivamente. Con la meta de crear el equipo, se compuso una metodología dividida en: definición del problema, resolución del problema y cierre de la solución, integrando los pasos propuestos por Upcycle y TRIZ. Definición del problema: a partir de una encuesta, se determinó que el flujo promedio de residuos generados en una vivienda de la RM es de 1,6 [kg/día], compuesto por: plásticos (5,5%), orgánicos (46,6%), vidrios (20,9%), papeles y cartones (5,7%), metales (4,9%) y otros (16,5%). También de la encuesta y de un estudio bibliográfico, se definieron las características físicas y sociales de los domicilios; con ellas se decidieron las características deseadas para el equipo, destacando su instalación en cualquier vivienda de la RM, tratamiento de un tipo de residuo y operación manual. Considerando los impactos asociados a los tipos de residuos y sus posibles tratamientos, se decidió que el equipo trataría residuos orgánicos mediante digestión anaeróbica, produciendo biogás para cocinar, con un caso base de 0,6 [kg/día]. Un estudio de antecedentes permitió definir las etapas necesarias para el proceso y sus condiciones, y otorgó ideas iniciales para configurar el equipo. Resolución del problema: considerando las etapas del proceso, se determinó que el equipo debe realizar 12 operaciones unitarias, de las cuales se dimensionaron 8, obteniéndose un volumen total de 1.040 [l]. Se realizó el diseño de las partes del equipo, es decir, se definió cómo llevar a cabo las operaciones unitarias, incluyendo aislación y suministros de calor requeridos. Se obtuvo un volumen final de 1.331 [l], donde el 75% corresponde al almacenamiento de biogás. El equipo genera un flujo promedio de 98 [l_biogás/día], con un rendimiento de 163 [l_biogás/kg_residuos]. Se resolvió un equipo compuesto por dos secciones: la sección 1 recibe los residuos orgánicos, procesa el sustrato, limpia el biogás obtenido y almacena digestato (subproducto), y tiene una configuración de prisma hexagonal; la sección 2 almacena biogás, y tiene 4 módulos para ser distribuidos espacialmente de diferentes maneras y adaptarse al espacio disponible. Cierre de la solución: se concluyó que todas las características deseadas fueron cumplidas por el diseño propuesto, mas su tamaño es excesivo para adaptarse a todas las viviendas de la RM. Ahora bien, el diseño logrado se considera completo, bien sostenido y satisfactorio. Respecto a las metodologías de diseño TRIZ y Upcycle, se concluyó que ambas son generales y poco estructuradas, y deben ser mejoradas para ser aplicadas en la ingeniería de procesos.