Mundo Fesc
E-ISSN: 2216-0388 P- ISSN: 2216-0353
Artículo Original
Optimización de Métodos de Tratamiento de
Lixiviados mediante Evaporación Forzada: Diseño,
Implementación y Evaluación Experimental
Optimization of Leachate Treatment Methods by Forced
Evaporation: Experimental Design, Implementation and
Evaluation
Recibido: 15 Septiembre de 2024
Aprobado: 23 Diciembre de 2024
Cómo citar: F. E. Moreno-Garcia, O. A. . Lopez-Bustamante, E. . Gamboa-Guerrero, J .S. . Galindo-Lizcano ,
D. O. . Cardozo-Sarmiento. “Optimización de Métodos de Tratamiento de Lixiviados mediante Evaporación
Forzada: Diseño, Implementación y Evaluación Experimental”, Mundo Fesc, vol. 15, no. 31, 2025, doi:
10.61799/2216-0388.1454.
Francisco Ernesto Moreno-Garcia1*

Doctor en Ingeniería Mecánica.
femgarcia@ufps.edu.co
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5227-1238
Universidad Francisco de Paula Santander – Cúcuta, Colombia.
Oriana Alexandra Lopez-Bustamante2

Ingeniero de Sistemas,
doc_egamboa@fesc.edu.co
ORCID: https://orcid.org/0009-0001-3993-3735 Fundación de
Estudios Superiores Comfanorte – Cúcuta, Colombia.
Edinson Gamboa-Guerrero3

Candidata a Doctora en Educación,
lunome@gmail.com,
https://orcid.org/0000-0002-2871-4991,
Fundación Universitaria Los Libertadores, Bogotá, Colombia.
Juan Sebastian Galindo-Lizcano4

Ingeniero de Sistemas,
Email: doc_js_galindo@fesc.edu.co
ORCID: https://orcid.org/0009-0003-7039-7242
Fundación de Estudios Superiores Comfanorte, Cúcuta,
Colombia.
Darwin Orlando Cardozo-Sarmiento5

Magíster en Ingeniería Electrónica,
darwinorlandocs@ufps.edu.co
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3177-3893
Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia.
*Autor para correspondencia:
darwinorlandocs@ufps.edu.co
Optimización
de Métodos de
Tratamiento
de Lixiviados
mediante
Evaporación
Forzada: Diseño,
Implementación
y Evaluación
Experimental
Resumen
El tratamiento de lixiviados es un proceso crucial para la
gestión de residuos, estos líquidos altamente contaminantes
contienen ácidos húmicos, nitrógeno amoniacal, metales
pesados y sales inorgánicas. Entre los métodos más
comunes de tratamiento se incluyen la sedimentación
con arcillas, la ósmosis inversa, la evaporación natural y la
evaporación forzada. Evaluar los métodos más comunes
de tratamiento de lixiviados y desarrollo de un sistema
experimental de evaporación forzada para la reducción
del volumen de estos residuos, mejorando la eficiencia del
proceso mediante el uso de energía térmica controlada
y sistemas de monitoreo en tiempo real. Se realiza una
revisión de los principales métodos de tratamiento de
lixiviados, incluyendo osmosis inversa, sedimentación con
arcillas, evaporación natural y evaporación forzada. Luego,
se diseña y construye un prototipo experimental basado en
evaporación forzada, el cual cuenta con domos triangulares
de vidrio y metal inclinados a 45°, un sistema de regulación
de caudal con válvulas y un sistema de generación térmica
con resistencias a 100 °C. La adquisición de datos se
gestiona mediante una ESP32 y sensores de temperatura
tipo K con conversores Max6675, enviando información en
tiempo real a la plataforma ThingSpeak. Se realizan pruebas
experimentales con un flujo de 0,22 ml/seg durante 9
horas diarias, monitoreando radiación solar, temperatura y
humedad relativa. Se determina que la evaporación forzada
incrementa significativamente la eficiencia del proceso,
logrando reducir el volumen de lixiviados en un 90%. La
hora solar pico se identifica entre las 12:00 y 13:00 horas,
con una radiación superior a 900 W/m². El lixiviado en el
reservorio alcanza temperaturas de 38 a 39 °C, mientras
que, en el domo principal, se asegura el cambio de fase a
partir de la inyección de energía térmica. La evaporación
forzada es una alternativa eficiente para la reducción del
volumen de lixiviados, superando las limitaciones de la
evaporación natural en cuanto a dependencia climática
y espacio requerido. El diseño del prototipo experimental
demostró ser funcional, facilitando la regulación del caudal
y la aplicación controlada de energía térmica.
Palabras clave: Lixiviados, tratamiento de
residuos, evaporación forzada, eficiencia de
evaporación
The Optimization of
Leachate Treatment
Methods by Forced
Evaporation:
Experimental Design,
Implementation and
Evaluation
Abstract
Leachate treatment is a crucial process for waste
management, these highly polluting liquids contain
humic acids, ammonia nitrogen, heavy metals and
inorganic salts. Common treatment methods include clay
sedimentation, reverse osmosis, natural evaporation and
forced evaporation. To evaluate the most common methods
of leachate treatment and develop an experimental forced
evaporation system for the reduction of the volume of
these wastes, improving the efficiency of the process
using controlled thermal energy and real time monitoring
systems. A review of the main leachate treatment methods,
including reverse osmosis, clay sedimentation, natural
evaporation and forced evaporation, is carried out. Then,
an experimental prototype based on forced evaporation
is designed and built, which has triangular glass and
metal domes inclined at 45°, a flow regulation system
with valves and a thermal generation system with 100 °C
resistors. Data acquisition is managed by an ESP32 and
K-type temperature sensors with Max6675 converters,
sending real-time information to the ThingSpeak platform.
Experimental tests were carried out with a flow rate of 0.22
ml/sec during 9 hours per day, monitoring solar radiation,
temperature and relative humidity. It is determined that
forced evaporation significantly increases the efficiency of
the process, reducing the volume of leachate by 90%. The
peak solar hour is identified between 12:00 and 13:00 hours,
with a radiation of more than 900 W/m². The leachate in
the reservoir reaches temperatures of 38 to 39 °C, while, in
the main dome, phase change is ensured from the injection
of thermal energy. Forced evaporation is an efficient
alternative for leachate volume reduction, overcoming
the limitations of natural evaporation in terms of climate
dependence and space requirements. The design of the
experimental prototype proved to be functional, facilitating
flow regulation and controlled application of thermal energy.
Keywords: Leachate, waste treatment,
forced evaporation, evaporation efficiency.
Introducción
En la actualidad, la gestión adecuada de los residuos y su impacto ambiental han cobrado
gran relevancia en el desarrollo sostenible. Uno de los principales desafíos en este
ámbito es el manejo de los lixiviados, líquidos generados a partir de la descomposición
de residuos sólidos en los rellenos sanitarios y vertederos. Estos líquidos contienen
una alta carga de contaminantes, incluyendo metales pesados, materia orgánica y
compuestos tóxicos, los cuales pueden representar un riesgo significativo para los
ecosistemas y la salud humana si no son tratados de manera eficiente. El tratamiento de
lixiviados es un proceso complejo debido a la variabilidad de su composición química y
su alta concentración de contaminantes. Factores como las condiciones climáticas, el
tipo de residuos depositados y el tiempo de almacenamiento influyen en la generación y
características de estos líquidos. En este contexto, es fundamental desarrollar estrategias
que permitan mitigar el impacto ambiental de los lixiviados mediante tecnologías
eficientes y sostenibles de tratamiento y control. La implementación de sistemas de
control automático e inteligente ha demostrado ser una herramienta clave para mejorar
la eficiencia de los procesos de tratamiento de aguas residuales, como se expone en
[1], donde se integran sensores, sistemas de control difuso y plataformas de monitoreo
para regular variables críticas en plantas de tratamiento. Además, el uso de modelos
computacionales, como el System Advisor Model (SAM), también ha permitido evaluar
la viabilidad técnica y económica de soluciones energéticas y ambientales, incluyendo
el aprovechamiento de residuos orgánicos, lo cual puede extrapolarse al tratamiento de
lixiviados [2].
Este proyecto se enfoca en el análisis y tratamiento de lixiviados generados en un sitio
específico, evaluando su composición y explorando alternativas para su manejo adecuado.
Se emplean diversas metodologías de caracterización fisicoquímica para identificar los
principales contaminantes presentes y determinar los procesos más adecuados para su
remediación. Además, se analiza la viabilidad de distintas tecnologías de tratamiento,
incluyendo procesos biológicos, fisicoquímicos y de adsorción, con el objetivo de reducir
la toxicidad y minimizar el impacto ambiental de estos efluentes. El uso de sensores
ambientales y sistemas de monitoreo remoto también puede contribuir al control eficiente
de variables asociadas a la generación de lixiviados, como la temperatura, la humedad o
la calidad del aire, lo cual ha sido demostrado en contextos educativos y ambientales [3].
Se busca proporcionar herramientas y conocimientos que permitan mejorar la gestión
de lixiviados, optimizando los procesos de tratamiento y promoviendo prácticas más
sostenibles en la disposición final de residuos [4]-[6]. Se pretende contribuir a la
reducción de la contaminación ambiental y al desarrollo de estrategias más eficientes
para el manejo de estos efluentes en el contexto de la gestión integral de residuos sólidos.
Francisco Ernesto Moreno-Garcia, Oriana Alexandra Lopez-Bustamante, Edinson GamboaGuerrero, Juan Sebastian Galindo-Lizcano,
Darwin Orlando Cardozo-Sarmiento
Materiales y Métodos
En el presente estudio, se analizan los métodos de tratamiento de lixiviados más comunes,
incluyen técnicas físicas, químicas y biológicas para la neutralización o eliminación
de contaminantes. Entre los compuestos presentes en los lixiviados se encuentran
ácidos húmicos, nitrógeno amoniacal, metales pesados y sales inorgánicas. Para su
tratamiento, se emplean metodologías como la osmosis inversa, la evaporación natural y
la evaporación forzada. La osmosis inversa se basa en la separación de sales inorgánicas
a través de una membrana semipermeable. Esta técnica presenta costos elevados
debido a la adquisición y mantenimiento de la membrana, además de su sensibilidad
a factores ambientales como la temperatura y el ensuciamiento. Por otro lado, la
evaporación natural se desarrolla sobre superficies expuestas a variaciones de humedad
relativa y velocidad del aire (ver Figura 1). Este proceso presenta limitaciones debido al
amplio terreno requerido y la influencia de factores climáticos, como precipitaciones,
que pueden reducir la eficiencia del proceso. Además, pueden generarse problemas
operativos como la formación de espumas y el arrastre de compuestos orgánicos
volátiles (COVs). Finalmente, la evaporación forzada optimiza la eliminación del agua
en los lixiviados mediante el uso de fuentes de energía, como el biogás, para generar
calor. Para su aplicación, se consideran propiedades del lixiviado como la concentración,
la temperatura, la formación de espumas y la presión del sistema. Esta metodología
permite reducir el volumen del lixiviado hasta en un 90% y aprovechar diferentes fuentes
de energía calorífica [7]-[16].

Se diseña y construye un prototipo a escala con domos triangulares fabricados con
materiales de vidrio y metal. Estos domos presentan una inclinación de 45º para facilitar
Optimización de Métodos de Tratamiento de Lixiviados mediante Evaporación
Forzada: Diseño, Implementación y Evaluación Experimental
la decantación del vapor y la recuperación del líquido. Un sistema de apertura regulado
por una válvula permite el paso del lixiviado a un caudal de 0,22 ml/s desde un tanque
reservorio hacia el domo principal. En este domo, se instala un sistema de generación
térmica basado en una resistencia eléctrica operando a 100 ºC, lo que acelera el
proceso de evaporación. Para la monitorización de variables térmicas y ambientales,
se implementa un sistema basado en conversores Max6675 acoplados a sensores de
temperatura tipo K y un microcontrolador ESP32. Este sistema permite la adquisición
y almacenamiento de datos en una plataforma en la nube mediante ThingSpeak. La
conexión con los convertidores analógico-digital se realiza a través de los pines MISO,
SCK y CS del ESP32 (ver Figura 2), mientras que la comunicación con una pantalla LCD se
gestiona mediante el protocolo I2C. El control On-Off del sistema de generación térmica
se efectúa utilizando un pin digital del ESP32, permitiendo el encendido y apagado de
la resistencia. Para la programación y envío de datos, se emplean las librerías Max6675,
LiquidCrystal_I2C, Wifi y ThingSpeak, configurando un retardo de 10 segundos en la
transmisión [17]-[21]. El banco de pruebas con la instrumentación y adquisición de datos
se muestra en la Figura 3.
Francisco Ernesto Moreno-Garcia, Oriana Alexandra Lopez-Bustamante, Edinson GamboaGuerrero,
Juan Sebastian Galindo-Lizcano, Darwin Orlando Cardozo-Sarmiento
Finalmente, se desarrolla una interfaz web mediante HTML, CSS y JavaScript para la
visualización en tiempo real de los datos adquiridos por los sensores. La página web se
diseña en Visual Studio Code y permite el monitoreo de temperaturas en distintas etapas
del proceso [22]-[25]: reservorio inicial, entrada al domo principal y salida de los domos
secundarios. Además, se incluye un botón de descarga que permite obtener los datos
en formato CSV. Esta interfaz es accesible desde cualquier dispositivo con conexión a
internet, siempre que la ESP32 esté vinculada a la red.
Mediante estas metodologías, se establecen las bases para evaluar la eficiencia del
tratamiento de lixiviados y la optimización de la evaporación forzada como una solución
viable para la reducción del volumen de residuos líquidos contaminantes.
Resultados y Discusion
Se realizan pruebas experimentales registrando las mediciones de radiación solar,
temperaturas y humedad, para una carga inicial de 5 litros de lixiviados de base crudo
descargados a un flujo de 0,22 ml/seg desde las 9:00 horas hasta las 18:00 horas.
El consumo del prototipo es de 100W con una corriente de 1,38A. La interfaz para la
visualización se muestra en la Figura 4.
En la Figura 5a, la hora solar pico (HSP) se muestra por encima de los 900W/m2, entre
las 12:00 horas y las 13:00 horas, mostrando un máximo aprovechamiento de la radiación
solar. Se observa aumento en la radiación solar desde horas tempranas hasta llegar a
picos y luego mínimas incidencias solares después de las 16:00 horas. Las temperaturas
en el reservorio son similares en el orden de los 38 a 39 °C, como se pueden observar en
la Figura 5b, debido a que el lixiviado está expuesto en un reservorio al aire libre y a la
temperatura promedio del ambiente.
Optimización de Métodos de Tratamiento de Lixiviados mediante Evaporación
Forzada: Diseño, Implementación y Evaluación Experimental
La importancia al inyectarse una energía externa al sistema de evaporización
específicamente al incrementar la temperatura en el orden de los 100°C del lixiviado
al entrar al domo principal, asegura un cambio de fase del lixiviado crudo inicial, como
se puede observar en la Figura 5b, en toda la franja de operación de la maquina desde
las 9:00 horas hasta las 18:00 horas, logrando que el lixiviado cambiase de fase por una
evaporización forzada, sin importar la variación y fluctuaciones de la radiación solar en
el transcurso del día.
Por otro lado, en el domo principal según los datos se puede identificar mayor calor
acumulado y remanente a temperaturas en el orden de los 60°C en gran parte del día, esto
ocurre al transcurrir las horas y por circunstancias naturales la radiación disminuye hasta
ser nula a las 18:00 horas. Se evidencia un primer proceso de evaporización en el orden
del 15% para los 5 litros iniciales de lixiviado base crudo. Al inyectar energía adicional
apoyando la energía latente en el domo principal, se mejora el proceso volviéndolo más
rápido, ya que en solo una hora de trabajo desde las 9:00 horas el sistema ya estaba
purificando el lixiviado crudo original, aun al tener radiaciones incidentes solares bajas y
una humedad relativa en el orden del 40%, según Figura 6a y 6b.
de una plataforma IoT.
Un diseño de Experimentos (DOE) se ejecutó, con el fin de obtener un modelo estático de
Francisco Ernesto Moreno-Garcia, Oriana Alexandra Lopez-Bustamante, Edinson GamboaGuerrero,
Juan Sebastian Galindo-Lizcano, Darwin Orlando Cardozo-Sarmiento
sistema desarrollado, de forma se pueda describir y profundizar de manera más precisa
la relación entre los factores independientes tales como la radiación solar, la temperatura
del lixiviado al entrar al domo y las respuestas medidas. Estas ecuaciones pueden ser de
primer, segundo o incluso mayor orden, según la forma en que las respuestas reaccionen
a las variaciones. En el caso específico de este proyecto, se ha obtenido el siguiente
modelo para la Temperatura interna del domo principal del sistema de evaporización de
lixiviado en función de dos factores independientes de mayor impacto: la radiación solar
en W/m2 y la temperatura de la resistencia a la entrada del domo en °C como se muestra
en (1):
Td = 25,9014 + (0,3056*Rad) + (0,0067*Tr) (1)
Donde Td es la temperatura del domo, Rad es la radiación solar y Tr la temperatura de la
resistencia.
La metodología de respuesta de superficie permite modelar con mayor precisión la
curvatura alrededor de un proceso multivariable. En la Figura 7 se observa la influencia en
la temperatura del domo cuando la radiación y la temperatura en la resistencia eléctrica
varían. Al asegurar la temperatura de evaporización del lixiviado llevando la temperatura
de la resistencia en el orden de los 100°C, su influencia es de primer impacto, porque
permite mantener el domo por encima de los 60°C ante un rango de operación posible
para radiación solar entre los 400 a los 1000W/m2. Lo anterior indica que la inyección
adicional de energía asegura la evaporización del lixiviado en cualquier momento del día.
Finalmente, a mayor radiación solar, más la energía térmica inyectada por la resistencia
eléctrica, asegura la temperatura del domo en el orden de 70°C.

Conclusiones
Se logra desarrollar un sistema alternativo eléctrico que cumple con los requisitos
establecidos dentro de esta investigación y que así mismo apoya el tratamiento de los
lixiviados en un porcentaje de descontaminación considerable con respecto a otro tipo
de tratamiento. Bajo una primera observación, se bajó las cargas contaminantes del
lixiviado base crudo inicial.
Se desarrolla el prototipo para 5 litros de base lixiviado crudo, con un 15% (250 ml)
tratado limpio.
Con el sistema de inyección de energía térmica interno en el domo principal se mejora el
proceso ante las variaciones en la radiación solar sensible a las condiciones climáticas
del día.
Se desarrolla un sistema alternativo eléctrico que cumple como apoyo al tratamiento
de los lixiviados en un porcentaje de descontaminación considerable. Con 100watts se
logra la evaporización del lixiviado al entrar al domo principal, la carga de corriente es
de 1,38 amperios.
La interfaz de usuario permite que el sistema sea observado en tiempo real mediante
internet, para ellos se utilizaron diferentes softwares de libre acceso que permitieron
crear la interfaz, para ello se utilizó el host gratuito del software programable GitHub.
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