ES1322785U - Sistema de identificación y clasificación de residuos - Google Patents

Abstract

Sistema de identificación y clasificación de residuos, caracterizado por que comprende los siguientes elementos: - una primera cinta transportadora (1) para el desplazamiento de residuos; - un túnel de entrada (2) de una longitud de, entre 1 y 3 metros; - un equipo de identificación (3) de residuos peligrosos formado por: - un escáner de rayos X, dispuesto sobre la primera cinta transportadora (1), el cual está cercado por paredes laterales, donde el escáner de rayos X obtiene imágenes de los residuos en tiempo real, y - un sistema de Inteligencia Artificial (IA) que incluye un PLC, donde el sistema de IA recibe las imágenes tomadas por el escáner de rayos e identifica la presencia del residuo peligroso, y está conectado con el PLC; - un túnel de salida (4) de una longitud de, entre 1 y 3 metros, dispuesto a continuación del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; - un mecanismo de separación conectado con el PLC para la expulsión del residuo peligroso identificado; - al menos, una conducción de extracción (6) de los residuos peligrosos; - unos sensores de seguridad detectores de presencia dispuestos en el inicio de túnel de entrada (2) y en la terminación del túnel de salida (4) que, al detectar presencia de operadores, detienen el funcionamiento del escáner de rayos X, - una segunda cinta transportadora (7) para desplazar el residuo tras la separación del residuo peligroso identificado; donde la primera cinta transportadora (1) atraviesa, al menos, el túnel de entrada (2) y el equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; mientras que el túnel de entrada (2) y el túnel de salida (4) están dispuestos, respectivamente, antes y después del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; y donde el escáner de rayos X proporciona las imágenes de los residuos, las cuales son procesadas por el sistema de IA que, identifica los residuos peligrosos que serán expulsados por el mecanismo de separación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de identificación y clasificación de residuos

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se enmarca en el ámbito de la gestión y tratamiento de residuos sólidos urbanos e industriales, y específicamente se refiere a un sistema de identificación y clasificación de materiales impropios o residuos peligrosos en plantas de tratamiento de residuos.

Este sistema de la invención se basa en la combinación de un escáner de rayos X (RX) y un sistema de Inteligencia Artificial (IA) para analizar la forma y composición de los residuos en tiempo real, permitiendo su identificación y separación eficiente antes de que puedan generar incidentes o daños en la infraestructura de la planta.

Este sistema ofrece una solución innovadora y eficiente que a partir del sistema propuesto permite optimizar los procesos en plantas de tratamiento de residuos, reduciendo costos, mejorando la seguridad y asegurando el cumplimiento de normativas ambientales y de gestión de residuos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las plantas de tratamiento de residuos actualmente presentan un grave problema ya que pueden recibir la entrada de residuos que contienen residuos peligrosos susceptibles de incluso generar explosiones.

Los métodos convencionales de separación de residuos conocidos se basan en diferentes principios físicos y operativos, cada uno con ventajas y limitaciones específicas.

La clasificación mecánica, que emplea cribas, tamices y tromeles, se fundamenta en las diferencias de tamaño y peso entre los materiales, aunque resulta poco eficiente para identificar objetos peligrosos con características físicas similares a otros residuos.

La separación por densidad o mediante corrientes de Foucault es una técnica ampliamente utilizada para diferenciar materiales metálicos de no metálicos, aunque no permite distinguir entre diferentes tipos de metales ni detectar peligros asociados a sustancias químicas o energéticas, como las baterías de litio.

Los sistemas avanzados de visión artificial y espectrometría óptica, como la espectrometría de infrarrojo cercano (NIR), visible (VIS) o ultravioleta (UV), facilitan la clasificación de residuos según su color o composición química superficial. No obstante, estas tecnologías presentan limitaciones para identificar con precisión el contenido interno de los residuos, lo que impide la detección de materiales peligrosos ocultos en envases cerrados o enterrados en los mismos residuos.

Por último, los sistemas manuales de inspección y separación, aunque permiten una evaluación más detallada, conllevan un elevado coste operativo, suponen riesgos para la salud y seguridad de los trabajadores, y ofrecen una eficiencia y capacidad de procesamiento considerablemente bajas en comparación con los sistemas automatizados.

A pesar de los avances en las tecnologías de clasificación conocidas, ninguna solución actual ha logrado una detección precisa y automatizada de residuos peligrosos en tiempo real, lo que supone un desafío crítico para las plantas de tratamiento de residuos.

Esta deficiencia genera importantes riesgos operativos, ya que la presencia de materiales peligrosos, como baterías de litio o productos químicos inflamables, puede provocar explosiones o incendios que ponen en peligro la seguridad de los trabajadores y la integridad de la maquinaria.

La falta de precisión de los métodos ópticos y mecánicos actuales impide la identificación de residuos peligrosos ocultos en envases sellados, lo que limita la eficacia de los sistemas de clasificación automatizados. Como alternativa, la separación manual de estos residuos implica un elevado coste operativo, además de prolongar los tiempos de procesamiento.

Asimismo, la detección tardía de un material peligroso puede causar daños en la maquinaria, provocando paradas no programadas en la planta y aumentando significativamente los costos de mantenimiento y reparación.

Por tanto, no se conocen dispositivos que propongan la utilización de un sistema de IA combinado con un escáner de rayos X para inequívocamente identificar residuos peligrosos en tiempo real y expulsarlos de forma inmediata del resto de residuos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema que se preconiza soluciona de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en base a una solución de gran eficacia la cual ofrece una funcionalidad óptima en la identificación y clasificación de residuos en base a una combinación de un escáner de rayos X, que emite rayos X con capacidad de penetración de hasta 1 m en los residuos, y un sistema de inteligencia artificial (IA) que evita que los residuos peligrosos pasen desapercibidos en la línea de clasificación.

La aplicación principal de la invención radica en la identificación de residuos peligrosos y su eliminación automatizada respecto al resto de residuos, ofreciendo una gran precisión en un corto periodo de tiempo, reduciendo errores en la clasificación. Debe entenderse por residuos peligrosos a las baterías de litio, aerosoles y envases presurizados, los cuales representan un riesgo en procesos posteriores de trituración e incineración.

Así pues, el sistema de identificación y clasificación de residuos está formado por, al menos, los siguientes elementos:

- una primera cinta transportadora para el desplazamiento de residuos;

- un túnel de entrada;

- un equipo de identificación de residuos peligrosos formado por:

- un escáner de rayos X, dispuesto sobre la primera cinta transportadora, el cual está cercado por paredes laterales, donde el escáner de rayos X obtiene imágenes de los residuos en tiempo real, y

- un sistema de Inteligencia Artificial (IA) que incluye un PLC (siglas en inglés de Controlador Lógico Programable), donde el sistema de IA recibe las imágenes tomadas por el escáner de rayos X y emplea algoritmos de visión artificial y aprendizaje automático en la identificación de la presencia del residuo peligroso e informa al PLC;

- un túnel de salida, dispuesto a continuación del equipo de identificación de residuos peligrosos;

- un mecanismo de separación que se activa por orden del PLC para la expulsión del residuo peligroso identificado;

- al menos, una conducción de extracción de los residuos peligrosos;

- unos sensores de seguridad dispuestos en el inicio de túnel de entrada y en la terminación del túnel de salida que, al detectar presencia de operadores, detienen el funcionamiento del escáner de rayos X;

- una segunda cinta transportadora para desplazar el residuo tras la separación del residuo peligroso identificado;

La primera cinta transportadora atraviesa, al menos, el túnel de entrada y el equipo de identificación de residuos peligrosos; mientras que el túnel de entrada y el túnel de salida están dispuestos entre el equipo de identificación de residuos peligrosos, a ambos extremos.

Para garantizar la seguridad del sistema de la invención y evitar la emisión de radiación de rayos X fuera del área de detección - definida por el túnel de entrada, el equipo de identificación de residuos peligrosos y el túnel de salida - los citados túneles de entrada y salida presentan una longitud de entre 1 y 3 metros, eliminando la presencia de las conocidas cortinillas.

Así, el escáner de rayos X proporciona las imágenes de los residuos, con penetración de la masa de residuos de hasta 1 m, las cuales son procesadas por el sistema de IA que, empleando algoritmos de visión artificial y aprendizaje automático, identifica patrones característicos de los residuos peligrosos que serán expulsados por el mecanismo de separación. De esta forma, se evita que los residuos peligrosos lleguen a fases de trituración o incineración en una planta de tratamiento de residuos, previniendo explosiones y daños en los equipos.

De forma opcional, el mecanismo de separación está formado por un brazo robótico, una boquilla de aire comprimido, unos actuadores lineales hidráulicos, neumáticos o eléctricos, servomotores, una trampilla basculante, desviadores mecánicos o cualquier otro mecanismo que permita un movimiento lineal para clasificar los residuos.

En el caso de que la primera cinta transportadora presente cierto grado de inclinación, se genera el inconveniente de que los residuos que sean cilindricos puedan rodar, y tiendan a desplazarse en la dirección opuesta al desplazamiento esperado. En dicho escenario, es necesario que la disposición del mecanismo de separación se encuentre de forma adyacente y muy próxima al escáner de RX y sistema de IA para que identifique la presencia del residuo peligroso a expulsar, haciendo que se pueda identificar la ubicación del residuo peligroso de forma precisa y asi el sistema detecte cuando va a llegar al mecanismo de separación, para proceder a ejecutar la expulsión de dicho residuo peligroso o impropios de forma correcta.

Por otro lado, en caso de que la primera cinta transportadora no presente inclinación, no será necesario disponer el mecanismo de separación inmediatamente a continuación del equipo de identificación, es decir que no es necesario que esté ubicado de forma adyacente y muy próxima al sistema de IA.

El sistema de la invención propuesto permite la separación temprana de residuos peligrosos y soluciona las limitaciones detectadas en los sistemas conocidos, presentando las siguientes ventajas:

- Detección avanzada de residuos peligrosos en tiempo real, que permite la identificación precisa de baterias, aerosoles y contenedores presurizados sin necesidad de abrir los envases mediante el uso de RX para analizar la composición y estructura interna de los residuos.

- Automatización total del proceso de clasificación, al eliminar la intervención manual, reduciendo costos y aumentando la eficiencia operativa. Para ello se integra en el sistema de IA la arquitectura de un PLC para la toma decisiones automáticas de separación.

- Optimización de la seguridad en la planta de gestión de residuos, mediante la reducción del riesgo de explosiones e incendios en procesos de trituración e incineración y minimización de fallos en la maquinaria gracias a la extracción temprana de residuos peligrosos.

- Mayor continuidad operativa y reducción de costos, ya que se disminuyen las interrupciones en la planta, se genera una mayor eficiencia en la clasificación y una reducción de costes asociados a accidentes operativos y mantenimientos imprevistos.

Finalmente, cabe señalar que las aplicaciones secundarias del sistema de la presente invención pueden extenderse a otros sectores industriales que requieran la identificación de objetos en flujos de materiales a granel, como en la industria del reciclaje de metales, el procesamiento de plásticos y la clasificación de residuos electrónicos (RAEE). Asimismo, su implementación puede mejorar la trazabilidad y control de residuos peligrosos, facilitando su correcta disposición y minimizando riesgos ambientales y operativos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva lateral del sistema de identificación y clasificación de residuos realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.

La figura 2.- Muestra un detalle en perspectiva tomada desde el lateral opuesto a la figura 1 que representa el sistema de identificación y clasificación de residuos realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención de la figura 1.

La figura 3.- Muestra una representación superior y un detalle en perspectiva de parte del sistema representado en las figuras anteriores, donde se observan, entre otros, los elementos que forman el mecanismo de separación conforme a su realización preferente.

La figura 4.- Muestra una representación superior y un mayor detalle de los elementos representados en la figura 3 que conforman el sistema de la invención en su realización preferente.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas, concretamente en las figuras 1 y 2 puede observarse que el sistema de identificación y clasificación de residuos de la presente invención está formado por los siguientes elementos conforme a la realización preferente de la invención:

- una primera cinta transportadora (1) para el desplazamiento de residuos;

- un túnel de entrada (2) de una longitud de, entre 1 y 3 metros;

- un equipo de identificación (3) de residuos peligrosos formado por:

- un escáner de rayos X, dispuesto sobre la primera cinta transportadora (1), el cual está cercado por paredes laterales, donde el escáner de rayos X obtiene imágenes de los residuos en tiempo real, y

- un sistema de Inteligencia Artificial (IA) que incluye un PLC, donde el sistema de IA recibe las imágenes tomadas por el escáner de rayos X y emplea algoritmos de visión artificial y aprendizaje automático en la identificación de la presencia del residuo peligroso e informa al PLC;

- un túnel de salida (4) de una longitud de, entre 1 y 3 metros, dispuesto a continuación del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos;

- un mecanismo de separación que se activa por orden del PLC para la expulsión del residuo peligroso identificado;

- dos conducciones de extracción (6) de los residuos peligrosos;

- unos sensores de seguridad dispuestos en el inicio de túnel de entrada (2) y en la terminación del túnel de salida (4) que, al detectar presencia de operadores, detienen el funcionamiento del escáner de rayos X, evitando así la emisión de RX si hay operadores alrededor del sistema;

- una segunda cinta transportadora (7) para desplazar el residuo tras la separación del residuo peligroso identificado;

Las citadas figuras 1 y 2 permiten observar que en la realización preferente de la invención la primera cinta transportadora (1) atraviesa el túnel de entrada (2) y el equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; mientras que el túnel de entrada (2) y el túnel de salida (4) están dispuestos, respectivamente, antes y después del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos. Preferentemente, el mecanismo de separación está dispuesto dentro del túnel de salida (4).

Así, la presencia del túnel de entrada (2) y el túnel de salida (4) - entre los que queda dispuesto el equipo de identificación (3) - posibilitan que la radiación RX quede contenida en la zona delimitada por el túnel de entrada (2), equipo de identificación (3) y túnel de salida (4).

Tal como se puede observar tanto en las figuras 1 y 2, en una realización preferente de la invención, el sistema de la invención presenta dos conducciones de extracción (6) de los residuos peligrosos, las cuales están implementadas en cada uno de los laterales del túnel de salida (4).

Igualmente, conforme se observa en las figuras 3 y 4, en la realización preferente de la invención el mecanismo de separación está formado por un actuador (9) que desplaza a una placa de empuje (10) a lo largo de unas guías (11), generando el movimiento lateral de la placa de empuje (10) respecto al desplazamiento de los residuos. Los elementos que forman el mecanismo de separación se disponen sobre un bastidor (12).

Es decir, la placa de empuje (10) se desplaza ortogonalmente al sentido del movimiento de la primera cinta (1) y empuja al residuo peligroso identificado a una de las conducciones de extracción (6). Tanto en la figura 3 como en la figura 4 se observa un soporte de sujeción (5) en el que va sujeta y suspendida la placa de empuje (10).

Por otro lado, cabe señalar que preferentemente, el mecanismo de separación incluye una zona de recolección (8) de residuos peligrosos en la que desemboca la conducción de extracción (6), de forma que en la zona de recolección (8) se almacenará el residuo peligroso expulsado por el mecanismo de separación.

Complementando lo explicado anteriormente, se detalla el proceso de identificación y clasificación que se lleva a cabo en el sistema de la invención conforme a su realización preferente:

- El escáner de rayos X proporciona las imágenes de los residuos, las cuales capta conforme la primera cinta transportadora (1) desplaza dichos residuos.

- Las imágenes de RX son enviadas al sistema de IA para su procesamiento que, empleando algoritmos de visión artificial y aprendizaje automático, identifica patrones característicos de los residuos peligrosos.

- El PLC envía las órdenes de activación al mecanismo de separación cuando el sistema de IA identifica un resido peligroso con el fin de que el mecanismo de separación proceda a su expulsión

- El mecanismo de separación separa el residuo peligroso del resto de residuo y lo conduce hasta una de las conducciones de extracción (6), la cual llega hasta la zona de recolección (8) mencionada anteriormente.

Finalmente, cabe señalar que en caso de que la primera cinta transportadora (1) presente una inclinación, preferentemente una inclinación de entre 5° y 30°, respecto al plano horizontal del suelo sobre el que se instala el equipo, será necesario que el mecanismo de separación quede dispuesto inmediatamente a continuación del equipo de identificación (3), de forma adyacente al mismo. De esta manera, los residuos a clasificar se desplazan desde un punto inicial más bajo hasta un punto final más elevado que el punto inicial, y el mecanismo de separación está estratégicamente dispuesto a la salida del equipo de identificación (3) de forma coincidente con el punto final de la primera cinta transportadora (1).

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, caracterizado por que comprende los siguientes elementos:

   - una primera cinta transportadora (1) para el desplazamiento de residuos;

   - un túnel de entrada (2) de una longitud de, entre 1 y 3 metros;

   - un equipo de identificación (3) de residuos peligrosos formado por:

   - un escáner de rayos X, dispuesto sobre la primera cinta transportadora (1), el cual está cercado por paredes laterales, donde el escáner de rayos X obtiene imágenes de los residuos en tiempo real, y

   - un sistema de Inteligencia Artificial (IA) que incluye un PLC, donde el sistema de IA recibe las imágenes tomadas por el escáner de rayos e identifica la presencia del residuo peligroso, y está conectado con el PLC;

   - un túnel de salida (4) de una longitud de, entre 1 y 3 metros, dispuesto a continuación del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos;

   - un mecanismo de separación conectado con el PLC para la expulsión del residuo peligroso identificado;

   - al menos, una conducción de extracción (6) de los residuos peligrosos;

   - unos sensores de seguridad detectores de presencia dispuestos en el inicio de túnel de entrada (2) y en la terminación del túnel de salida (4) que, al detectar presencia de operadores, detienen el funcionamiento del escáner de rayos X,

   - una segunda cinta transportadora (7) para desplazar el residuo tras la separación del residuo peligroso identificado;

   donde la primera cinta transportadora (1) atraviesa, al menos, el túnel de entrada (2) y el equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; mientras que el túnel de entrada (2) y el túnel de salida (4) están dispuestos, respectivamente, antes y después del equipo de identificación (3) de residuos peligrosos; y donde el escáner de rayos X proporciona las imágenes de los residuos, las cuales son procesadas por el sistema de IA que, identifica los residuos peligrosos que serán expulsados por el mecanismo de separación.

   2§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 1§, caracterizado por que el escáner de rayos X emite rayos X con capacidad de penetración de hasta 1 m en los residuos.

   3§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 1§, caracterizado por que el mecanismo de separación está formado por un brazo robótico, una boquilla de aire comprimido, unos actuadores lineales hidráulicos, neumáticos o eléctricos, servomotores, una trampilla basculante o desviadores mecánicos.

   4§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 1§, caracterizado por que el mecanismo de separación está dispuesto dentro del túnel de salida (4).

   5§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que el mecanismo de separación incluye una zona de recolección (8) de residuos peligrosos en la que desemboca la conducción de extracción (6), de forma que en la zona de recolección (8) se almacena el residuo peligroso expulsado por el mecanismo de separación.

   6§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 1§, caracterizado por que el mecanismo de separación queda dispuesto inmediatamente a continuación del equipo de identificación (3) y la primera cinta transportadora (1) presenta una inclinación; de manera que los residuos se desplazan desde un punto inicial más bajo hasta un punto final más elevado que el punto inicial, y el mecanismo de separación está dispuesto a la salida del equipo de identificación de forma coincidente con el punto final.

   7§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 6§, caracterizado por que la inclinación de la primera cinta transportadora (1) es de entre 5° y 30°.

   8§.- Sistema de identificación y clasificación de residuos, según reivindicación 1§, caracterizado por que presenta dos conducciones de extracción (6) de los residuos peligrosos, implementadas en cada uno de los laterales del túnel de salida (4), y donde el mecanismo de separación está formado por un actuador (9) que desplaza a una placa de empuje (10) a lo largo de unas guías (11), generando el movimiento lateral de la placa de empuje (10) respecto al desplazamiento de los residuos y empujando al residuo peligroso identificado a una de las conducciones de extracción (6).