ES2399007A2 - Horno solar, sistema y método para esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energia solar - Google Patents

Horno solar, sistema y método para esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energia solar Download PDF

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Abstract

Horno solar, sistema y método para esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar. Comprende una cámara de esterilización (6) que es alimentada por radiación solar directa hacia un sistema cobertor (23), integrando dicha cámara de esterilización un sistema de cierre hermético, ubicándose en su interior unos contenedores para los desechos (8, 9), previstos para no permitir la fuga de o la salida de material sea sólido, líquido o gaseoso, estando dichos contenedores (8, 9) conectados a un tubo serpentín (27) con tres segmentos verticales contra la gravedad, permitiendo el tratamiento de desechos bio-infecciosos.

Description

HORNO SOLAR, SISTEMA Y MÉTODO PARA ESTERILIZACiÓN DE DESECHOS BIO-INFECCIOSOS POR MEDIO DE ENERGIA SOLAR
CAMPO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se refiere a un Horno Solar para la esterilización de desechos biocontagiosos o infecto-contagiosos (en adelante, HSEDBC), principalmente hospitalarios y de centros de asistencia de salud y un método para utilizarlo en la esterilización ambiental y sanitariamente segura de este tipo de residuos.
La invención también aporta un sistema para esterilización de desechos del tipo citado en el que interviene el citado horno solar.
La invención propuesta ofrece un medio y un método limpio y económico para procesar desechos bio-infecciosos, especialmente hospitalarios peligrosos, evitando la difusión de enfermedades y la contaminación posterior de áreas sanitarias en la localidad correspondiente. Lo anterior, determina que se ofrezca un medio y método que logra un 100% de esterilización en los desechos, sin la producción de compuestos químicos tóxicos como furanos, difeniles y dioxinas que son el resultado de los procesos convencionales de combustión.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
Es sabido que la esterilización de desechos bio-contagiosos o bio-infecciosos mediante formas convencionales tales como el uso de autoclaves o de incineradores, presenta desventajas y graves consecuencias para el medio ambiente.
En el primer caso, el autoclavado o esterilización por vapor, implica el uso de vapor saturado dentro de un ambiente presurizado a medianas o altas temperaturas. La esterilización con vapor resulta eficaz con materiales de desecho de baja densidad, como plásticos y similares, pero no con materiales de desecho hospitalario de alta densidad como placentas y residuos de prácticas quirúrgicas. Hoy en día, a nivel mundial, menos del 10% de la totalidad de los deshechos hospitalarios se trata con autoclaves. Estas máquinas son muy costosas, operan con temperaturas moderadamente elevadas de entre 2000 ( y 300°( , consumen considerables cantidades de energía convencional, exhiben una muy limitada capacidad de procesamiento (escasos volúmenes), no logran tratar la totalidad de los desechos bio-infecciosos generados, no garantizan el 100% de esterilización y realizan un proceso que puede resultar un tanto peligroso, especialmente durante la fase de extracción del aire y el vapor. Adicionalmente, los autoclaves pueden generar derrames de la parte liquida de los desechos y al llenarse y quedar cerrados, no logran separar los desechos Irquidos de los sólidos, pudiendo producir compuestos químicos tóxicos. Asimismo a menudo no minimizan la formación de aerosoles peligrosos y pueden causar quemaduras en el manejo de contenedores calientes. Por último las temperaturas operativas de los autoclaves deben ser controladas con un termómetro de registro para garantizar su adecuado rango de operación (temperatura-tiempo) y, a pesar del control estrecho, los costos energéticos de operación son generalmente muy elevados.
Todos estos problemas son resueltos por el aparato y método de la presente invención.
En cuanto al uso de incineradores, es necesario señalar que en muchos países está legalmente prohibido. La incineración reduce drásticamente, de un 90-95%, los materiales de desecho combustible y los convierte en cenizas residuales. En algunas ocasiones, la reducción puede ser mayor al 95%. Las cenizas residuales se trasladan a vertederos municipales pero según datos oficiales de EPA (Enviro mental Protecction Agency) OMS y OPS, los incineradores contaminan suelos, aire y mantos acuíferos. Esta tecnología se usa habitualmente para volúmenes muy grandes de desechos bio-infecciosos, con la consecuente generación de grandes volúmenes de emisiones gaseosas tóxicas, y grandes cantidades de ceniza, también tóxica. Los costos iniciales de inversión, operación y manutención de esta tecnología son elevados (de 3 a 4 veces más que para cualquier otra tecnología convencional). Asimismo, su uso requiere de personal de trabajo y apoyo altamente cualificado y entrenado y de espacios operativos muy amplios, con la potencial exposición de los trabajadores a efectos nocivos por el hecho de fugas, derrames, mal uso de filtros, o juntas de hermeticidad. Adicionalmente, las temperaturas utilizadas en las clásicas dos cámaras de combustión de los incineradores son muy altas (van de los 900·C a 1100·C), con lo cual los costos se elevan considerablemente, al igual que el riesgo en su operación. Por último, la operación de esta técnica genera grandes cantidades de furanos, difeniles y dioxinas, que se encuentran entre las 20 sustancias más toxicas del planeta y la disposición final de las cenizas puede ocasionar problemas de salud pública.
El HSEDBC, objeto de la presente invención, opera sobre el principio físico de un sistema o volumen de control al que se le entrega energía por radiación solar directa, con el consecuente aumento de la temperatura operativa interna, de conformidad con las leyes básicas de la calorimetría (primera y segunda ley de la termodinámica), de modo que el sistema al que le suministra calor debe aumentar su temperatura interna gradual hasta un rango entre los 180 y 200'C, pudiendo graduarse entre los 160 y 170' C, que son temperaturas superiores a las del umbral de esterilización para desechos bio-infecciosos, el cual se encuentra entre los 135 y 140 'C, en un rango de tiempo entre los 35 y los 40 minutos. Se trata de una tecnología que puede funcionar los 365 días del año, las 24 horas del día, a un costo mínimo de aproximadamente $600 dólares americanos al año y con una capacidad que permite tratar grandes volúmenes de desechos bio-infecciosos (de 25 Kg a 50 toneladas métricas por día). No utiliza combustible o energía tradicional, no hay llamas, ni combustión durante la totalidad del proceso. Utiliza exclusivamente energía solar (1% solar fotovoltaica + 99% solar térmica), sin descomposición química del desecho, ni generación de contaminación o diseminación de enfermedades en su transporte posterior.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
La invención propone un horno solar para la esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar conformado por una cámara de esterilización alimentada por radiación solar directa hacía un sistema cobertor. La citada cámara de esterilización integra un sistema de cierre hermético, ubicándose en su interior unos contenedores para los desechos previstos para no permitir la fuga de o la salida de material sea éste sólido, líquido o gaseoso, estando dichos contenedores conectados a un tubo serpentín con tres segmentos verticales contra la gravedad, permitiendo el tratamiento de desechos bio-infecciosos.
De acuerdo con la invención el citado horno solar comprende un sistema concentrador de reflectores que canaliza la citada radiación solar directa hacía dicho mecanismo cobertor que en una realización preferida comprende un triple vidrio.
El horno solar integra además cuatro para la eliminación de microrganismos patógenos y malos olores, ubicándose dos de dichos filtros (que son filtros HEPA de la industria Whatman) en la salida de los contenedores y otros dos en la salida final de la cámara de esterilización
El horno solar de la invención integra un sistema de movimiento rotatorio para permitir el posicionamiento adecuado del horno para un mejor aprovechamiento de los rayos solares.
Se ha previsto asimismo que en el horno solar de la invención se utilice energía fotovoltaica a partir de la fuente solar.
La invención aporta asimismo un sistema para la esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar, que comprende
i), un horno solar para la esterilización de desechos bio-infecciosos, dispuestos en unos contenedores como el explicado; y
iii) un armario de control para el funcionamiento de dicho horno solar esterilizador.
El sistema comprende además un área techada de cuarentena para el almacenamiento temporal de los contenedores para residuos bio-infecciosos
Por último la invención proporciona un método para esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar, que comprende
i) el tratamiento de los desechos en un horno solar esterilizador como el explicado
ii) el análisis biológico durante una breve estadía en un área de cuarentena de los residuos tratados; y
iii) su posterior disposición segura en un vertedero.
El tratamiento de los desechos bio-infecciosos en el horno solar esterilizador según el método propuesto comprende
a.
la esterilización de los desechos y los vapores por ellos liberados,
b.
el triple filtrado de dichos vapores,
c.
el análisis biológico de una muestra de los desechos esterilizados, y
d.
la disposición segura de la totalidad de los desechos, así esterilizados, en un vertedero.
El tratamiento de los desechos se lleva a cabo a temperaturas entre los 160' ( y los 170'C por un
mínimo de 4 a 6 horas continuas.
Conforme a una realización de la invención el tratamiento de los desechos bio-infecciosos en el horno esterilizador se lleva a cabo a una temperatura mínima de 160°C, durante un mínimo de 6 horas continuas
BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
Figuras 1.1 a 1.8. Vistas superior, en perspectiva, frontal y lateral de un contenedor para los desechos (tamaño pequeño y mediano) empleados
Figura 2: Vista en planta de un área techada y cerrada para cuarentena de los residuos tratados.
Figuras 3,1 a 3,4: Vistas en planta, alzado, frontal y perspectiva de un armario electrónico de control.
Figuras 4,1 a 4,4: Vista superior, vista frontal, vista lateral y vista en perspectiva de la cámara de esterilización
Figura 5: Vista en perspectiva SISTEMA DE VALVULAS, MANGUERAS y TUBO SERPENTIN RECOLECTOR.
Figuras 6,1 a 6.3: vistas en perspectiva de la base estructural con siste ma automático giratorio y unas ruedas.
Figura 7: vista en perspectiva del horno solar concentrador esterilizador completo, apreciando el sistema concentrador.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN
En las figuras 1.1 a 1.4 se aprecia una sonda 10 para temperatura, la salida de emisiones con doble filt ro 11 un refuerzo estructural 12 y un cierre hermético a presión 13, en relación con un contenedor de tamaño pequeño 9, o un contenedor de tamaño mediano 8.
En la figura 2 se detalla el área techada y cerrada de cuarentena 14, en la que se identifica una zona de ducha 15, pila 16 para lavado de contenedores, 21 baño y 17 estantes para
almacenamiento de contenedores en cuarentena.
El armario electrónico de control 7 de las figuras 3.1 a 3.4 integra un cierre de protección 18, una base de soporte aislante 19 y unas aperturas de ventilación 20
En la cámara de esterilización 6, de las figuras 4.1 a contenedores de desechos 8, 9 en el interior de la cámara, 5 componentes:
•
21 compuertas de carga/descarga
•
22 cierre hermético a presión
•
23 sistema cobertor de triple vidrio y
• 24 tubo de salida de emisiones con doble filtro 10 • 34 entrada para la carga/descarga
4.4, esta última mostrando unos se han identificado los siguientes
Por su parte en la figura 5 se muestra, en el interior de la cámara de esterilización una manguera de interconexión 25, unas válvulas 26, un tubo serpentín 27, recolector, y una base de soporte 5, fija a un piso de hormigón, horizontalizada en sentido astronómico.
En la figura 6 se muestra el motor reductor 28 para el movimiento, el anillo guía 30 y unas 15 ruedas o elementos de rodadura 31.
En la figura 7 se ilustran las compuertas de carga descarga 32, el sistema concentrador 33 y la carcasa de la cámara de esterilización 6 soportada en unos pies o base de soporte 5.
El HSEDBC de la presente invención se caracteriza por permitir la esterilización de deshechos bio-infecciosos por aplicación de altas temperaturas y no por presión o uso de vapor. No opera
20 como un Autoclave o como un incinerador o caldera convencional. La esterilización se lleva a cabo sin llamas, sin fuego y sin combustión, durante un mínimo de dos días y un máximo de 5, con carga diaria de entre 120 y 130 Kg de desechos por día, con la enorme ventaja de no producir emisiones tóxicas.
El HSEDBC, está conformado por una cámara de esterilización 6, que es alimentada por un
25 sistema concentrador de reflectores 33 (figura 7) que canaliza la radiación solar directa hacía un sistema cobertor de triple vidrio (ver figuras 4.1, 4,2 Y 7). La cámara de esterilización 6 cuenta con un sistema de cierre hermético en cuyo interior se ubican los contenedores metálicos para los desechos (ver figuras 4.1,4.2 Y 6,2). Los contenedores 8, 9 (ver figuras 1.1 a 1.8) que utiliza el HSEDBC son de acero inoxidable, esterilizados y están previstos para no permitir la fuga de o salida de material sea sólido, líquido o gaseoso. Los contenedores 8, 9 tienen una resistencia superior a los 12.5 Newtons en todas sus partes y cuentan, también, a su vez, con una tapa hermética. Dentro de la cámara de esterilización, se ubican sensores de temperatura (no ilustrados) conectados a un dispositivo de control automático programable (un PLC dispuesto en un armario de control 7 que se describe adelante, ver figuras 3,1 y 3,2), que registran para cada uno de los contenedores metálicos 8,9, cada minuto, la temperatura alcanzada internamente por cada contenedor 8,9, así como la cámara de esterilización 6. Dicha cámara de esterilización 6 también, cuenta con un tubo serpentín 27 recolector interno (ver figuras 5 y 6,2) para recolección de vapores dentro de la cámara de esterilización 6, el cual, es largo y cuenta con tres segmentos verticales contra la gravedad. A su vez, el tubo serpentín 27, cuenta con válvulas 26 y mangueras 25 (ver figura 5) que permiten su conexión a los contenedores de desechos 8, 9.
El HSEDBC, cuenta con 4 filtros para la eliminación de microrganismos patógenos y malos olores. Los dos primeros se ubican en la salida 11 de los contenedores 8,9 (ver figuras 1.1, 1.2,
1.5 Y 1.6) Y los dos últimos, en la salida final de la cámara esterilizadora 6 (ver figuras 4,1 y 4,2). En la modalidad preferida de esta invención, se utilizan filtros de la industria Whatman, conocidos como filtros HEPA, por su alta eficiencia de filtrado, son demás recomendados por la agencia internacional EPA (Enviromental Protection Agency). Estos filtros resisten temperaturas de hasta 300°C. La configuración interna del HSEDBC de cuatro filtros en serie y el tubo recolector interno de vapores o tubo serpentín 27, hacen imposible el transporte de virus, bacterias y esporas en los exiguos vapores condensables y volatilizados que tras el proceso de esterilización, son emitidos por el HSEDBC.
En su parte inferior el HSEDBC cuenta con un sistema de movimiento rotatorio accionado por un moto reductor 28 (ver figuras 6,1 y 6,2) que permite que el horno funcione adecuadamente durante los 365 días del año, de manera que la posición del mismo, logre la mayor concentración de rayos solares, para siempre obtener la concentración de energía necesaria.
El HSEDBC es controlado por medio de un armario de control electrónico (ver figura 3,1 y 3,2), que ejecuta la logística y mecánica de orientación automática del horno para el necesario seguimiento y, adicionalmente, está acondicionado para controlar, visualizar e imprimir las temperaturas internas de los contenedores 8,9 y de la cámara de esterilización 6 mediante el PLC asociado a los sensores en la cámara de esterilización.
La carga mecánica de los contenedores 8,9 al horno se realiza mediante un montacargas mecánico manual.
El funcionamiento del HSEDBC se produce por radiación solar directa sobre la cubierta (sistema cobertor 23) y la operación de colectores solares térmicos concentradores (sistema concentrador 33), a partir de los cuales se genera el consecuente aumento de la temperatura operativa interna, de manera que la cámara de esterilización 6 aumenta su temperatura hasta los rangos (tiempo y temperatura) necesarios para la esterilización de residuos. En el intervalo de tiempo de esterilización, que por razones de seguridad en la modalidad preferida de esta invención será de 6 horas como mínimo (rango temporal de seguridad), los rayos solares concentrados que recibe y absorbe la cámara de esterilización 6 generan calor que se transfiere por conducción térmica a los contenedores 8,9 de los desechos, para luego llegar a los desechos mismos, elevando su temperatura a un mínimo de 160°C, durante el rango o intervalo temporal de seguridad antes mencionado. Durante el proceso de esterilización, utilizando el HSEDBC, los desechos sólidos liberan la fase líquida, en forma de vapores condensables y no condensables, los cuales también se esterilizan durante el proceso de formación y circulación dentro de la cámara esterilizadora 6. Los vapores reciben más del 99% de esterilización en la fase de vaporización y circulación iniciales y ,antes de ser descargados al ambiente, reciben un triple filtrado selectivo químico-mecánico de muy alto poder, a través de la secuencia de cascada de los filtros dispuestos en el HSEDBC. En particular, es importante especificar que los vapores no circulan en la cámara esterilizadora 6, sino que circulan por el tubo serpentín intercambiador
27. Antes de ser descargados al ambiente, los vapores reciben un primer muy fuerte grado de esterilización dentro de los contenedores metálicos 8,9 y de filtrado a la salida de ellos; luego reciben otro grado de fuerte esterilización a lo largo del tubo serpentín intercambiador 27 y finalmente experimentan un fuerte filtrado, doble, selectivo químico-mecánico a la salida de la cámara de esterilización 6. Al final del proceso de tratamiento no queda ninguna fase líquida dentro del horno.
El método para la esterilización de residuos que propone la presente invención es el siguiente:
Los desechos bio-infecciosos son llevados, introducidos en los contenedores 8,9 y estos, a su vez, en la cámara esterilizadora del HSEDBC mediante el uso de un montacargas mecánico
S
manual. Se conectan los contenedores 8,9 herméticamente a las mangueras 2S respectivas del tubo serpentín interno 27, se cierra herméticamente la cámara de esterilización 6 y se pone el horno en funcionamiento, La temperatura pasa desde los 20"( 2S"( iniciales hasta los 160"(170"( finales, o incluso hasta un rango entre los 180"( -200"(, Los desechos se quedan dentro de los correspondientes contenedores 8,9, cerrados, durante un mínimo de 2 días y un máximo de S, por un número total mínimo de 6 horas a una temperatura superior al umbral de esterilización (T ,,135"(), El calor es transferido a la cámara de esterilización 6, para los contenedores 8,9 y de allí a los desechos, Los desechos emiten vapores que luego se filtran y finalmente son eliminados al ambiente externo, exentos de emisiones dañinas y/o tóxicas,
10
El proceso de esterilización se declara completo cuando en cada uno de los contenedores 8,9 se haya registrado una temperatura mínima de 160"( durante un tiempo mínimo de 6 horas,
Se desacoplan, momentáneamente, tanto los contenedores metálicos 8,9 de los sistemas de vaciado de vapores, como los sensores de medición y, antes de extraer los contenedores 8,9 de la cámara de esterilización 6, se cierran herméticamente dichos contenedores,
lS
(on el mismo montaca rgas utilizado para la carga inicial, se descargan del horno los contenedores y se ubican en un área de cuarentena techada, idealmente contigua al HSEDBC (ver Figura 2),

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Un horno solar para la esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar caracterizado por estar conformado por una cámara de esterilización (6), que es alimentada por radiación solar directa hacía un sistema cobertor (23), integrando dicha cámara de esterilización un sistema de cierre hermético, ubicándose en su interior unos contenedores para los desechos (8, 9), previstos para no permitir la fuga de o la salida de material sea sólido, líquido o gaseoso, estando dichos contenedores (8, 9) conectados a un tubo serpentín (27) con tres segmentos verticales contra la gravedad, permitiendo el tratamiento de desechos bio-infecciosos.
  2. 2.
    Un horno solar según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un sistema concentrador de reflectores (33) que canaliza la citada radiación solar directa hacía dicho mecanismo cobertor (23).
  3. 3.
    Un horno solar según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho mecanismo cobertor (23) comprende un triple vidrio.
  4. 4.
    Un horno solar según la reivindicación 1, caracterizado porque integra cuatro filtros (11, 24) para la eliminación de microrganismos patógenos y malos olores.
  5. 5.
    Un horno solar según la reivindicación 4, caracterizado porque dos de dichos filtros (11) se ubican en la salida de los contenedores (8,9) y otros dos (24), en la salida final de la cámara de esterilización (6).
  6. 6.
    Un horno solar según la reivindicación 5, caracterizado porque los filtros utilizados (11, 24) son filtros HEPA de la industria Whatman.
  7. 7.
    Un horno solar según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado, porque integra un sistema de movimiento rotatorio (28, 30, 31) para permitir el posicionamiento adecuado del horno para un mejor aprovechamiento de los rayos solares.
  8. 8.
    Un horno solar según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho sistema de movimiento rotatorio comprende un moto-reductor (28), un anillo de guía (30) para unas ruedas (31) asociadas a una base de soporte (5) de la cámara de esterilización (6).
  9. 9.
    Un horno solar según la reivindicación 1, caracterizado por que integra unos sensores de temperatura en la cámara de esterilización (6) y en los contenedores de desechos (8, 9), asociados a un programa de control automático (PLC).
  10. 10.
    Un horno solar según la reivindicación 1, caracterizado porque utiliza energía fotovoltaica.
  11. 11.
    Un sistema para la esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar, que comprende
    i), un horno solar para la esterilización de desechos bio-infecciosos, dispuestos en unos contenedores (7, 8) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
    y
    iii) un armario de control para dicho horno solar esterilizador.
  12. 12. Un sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además un área techada de cuarentena para el almacenamiento temporal de dichos contenedores (8, 9) para residuos bio-infecciosos
    13, Un método para la esterilización de desechos bio-infecciosos por medio de energía solar, que comprende
    iv) el tratamiento de los desechos en un horno solar esterilizador según una 5 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
    v) su análisis biológico durante una breve estadía en un área de cuarentena (14) y
    vi) su posterior disposición segura en un vertedero,
    14, El método de la reivindicación 12, caracterizado porque dicho tratamiento de los 10 desechos bio-infecciosos en el horno solar esterilizador comprende
    e, la esterilización de los desechos y los vapores por ellos liberados,
    f. el triple filtrado de dichos vapo res,
    g, el análisis biológico de una muestra de los desechos esterilizados, y
    h, la disposición segura de la totalidad de los desechos, así esterilizados, 15 en un vertedero.
    15, El método de las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque el tratamiento de los desechos se lleva a cabo a temperaturas entre los 160·C y los 170· C por un mínimo de 4 a 6 horas continúas,
    16, El método de la reivíndicación 15, caracterizado porque el tratamiento de los desechos bio-infecciosos en el horno esterilizador se lleva a cabo a una temperatura mínima de 160·C, durante un mínimo de 6 horas continúas,
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    Figura 1. 1 Figura 1.2
    13
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    Figura 1.3 Figura 1.4
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