Fundación WASTE

oportunidades y soluciones de los problemas de los residuos sólidos. Para la identificación de estos problemas es necesaria la elaboración de un Plan de Gestión Integrada de Residuos Sólidos (PGIRS).

La gestión de los residuos incluye y/o considera todos los residuos sólidos generados en un área establecida. Esto implica, por ejemplo, incorporar en el flujo de residuos tanto los de origen domiciliario como industrial, comercial, entre otros, o considerar residuos peligrosos o clínicos por separado de acuerdo a normas legales y de higiene que deben seguirse (Acosta, 2005).

Puerta (2004) menciona que tendrá éxito el manejo cuando las

personas implementen una educación ambiental que les permita comprender las relaciones con su entorno, para que a partir de su realizada forjen nuevas actitudes de valoración y respeto por el ambiente, generando así, mejor calidad de vida.

Ilustración 1 Esquema de la gestión integrada de los residuos sólidos desarrollados por la Fundación WASTE Basado en datos de Anschütz, IJgosse, y Scheinberg, 2004.

2.2 MARCO HISTÓRICO

2.2.1

Estrategias para minimizar contaminación

Una de las estrategias que deben de emplearse para minimizar el riesgo al medio ambiente y mejorar la calidad de vida de los centros urbanos, es la del llamado Manejo Integral de los Residuos Sólidos (MIRS), que comprende una serie de acciones asociadas para manipular a los residuos desde su generación hasta su disposición final, incluyendo operaciones intermedias, y donde la etapa o acción que cobra mayor importancia es la recolección (Tavares, Zsigraiova, Semiao y Carvalho, 2008a, p.119).

“La recolección consiste en transportar los residuos sólidos

urbanos (RSU)desde su almacenamiento en la fuente generadora, hasta el vehículo recolector y luego trasladarlos hasta el sitio de disposición final o a la estación de transferencia” (SEDESOL, 1997, p.9).

Los expertos de hoy en día aprovechando el uso extensivo de las bases de datos y los SIG, plantean nuevas soluciones al reto de diseñar rutas de recolección de residuos, ya que se ha visto que uno de los principales problemas recae en el mal diseño basado en la experiencia o juicio del proyectista; pues en la mayoría de los casos del contexto nacional, quien diseña las rutas de recolección es el jefe de limpia o los choferes de los vehículos recolectores, los cuales pueden sesgar el ruteo (Araiza y José, 2015, p.119).

2.2.2 Sistemas de recolección de desechos sólidos domiciliarios

El sistema de recolección de desechos es multifacético, el propietario ubica en contenedores los desechos sólidos (dentro o fuera de la casa), posteriormente se transfiere el desecho del contenedor hasta el vehículo recolector mediante un personal recolector, en el caso que la técnica en uso sea la manual (Cusco y Picón, 2015, p. 22).

Es necesario, “conocer la cantidad generada y la composición de los residuos sólidos de una región para diseñar sistemas de recolección eficientes y orientados al aprovechamiento de los residuos” (Sáez, Urdaneta y Joheni, 2014, p.128).

2.2.3 Fases del sistema de recolección

El sistema de recolección consta de las siguientes fases (Cusco y Picón, 2015, p. 23):

Fase 1: Generación de residuos sólidos en el hogar los cuales son dispuestos en un contenedor. Fase 2: Recogida y transporte de contenedores al vehículo recolector. Fase 3: Recolección de residuos sólidos puerta a puerta por el camión recolector. Fase 4: Asignación de ruta al vehículo recolector. Fase 5: Transporte de los residuos sólidos a su disposición final.

2.2.4 Herramientas para la optimización del sistema de recolección

Para la etapa de recolección, Santos y Rodrigues (2003), Ghose, Dikshit y Sharma (2006), Gutiérrez (2008), Tavares, Zsigraiova, Semiao y Carvalho (2008b), Chalkias y Lasaridi (2009) han realizado trabajos relevantes, optimizando no solo las rutas de recolección mediante algoritmos específicos, sino también disminuyendo la cantidad de contenedores empleados, hasta incluso modelando el consumo de combustible tomando en cuenta las pendientes o elevaciones de una ciudad y la carga del vehículo recolector (Araiza y José, 2015, p.119).

Numerosa literatura relacionada a la optimización de los sistemas de recolección recomienda la aplicación del problema de enrutamiento de arco capacitado (Capacitated Arc Routing Problem, CARP), para el tratamiento de residuos residenciales, sin embargo un extenso análisis de la literatura en

los últimos tres años evidenció que la metodología de mayor aplicación para estos casos fue el sistema de información geográfica mediante el software ArcGIS con su complemento Network Analyst que básicamente consiste en procedimientos metaheurísticos para el tratamiento del Vehicle Ruoting

Problem (VRP)

de ruteo por nodos, demostrando significativas optimizaciones en las rutas vehiculares en todos los casos analizados

(Herrera, Collaguazo, Lorente, Montero y Valencia, 2017, p. 10).

Empleando herramientas SIG, Araiza y José (2015) mencionan que mejora con ello el servicio de limpieza de las localidades y disminuye la proliferación de tiraderos clandestinos.

2.2.5 Implementaciones del

Problema de enrutamiento de los camiones recolectores de residuos sólidos en Ecuador

En Ecuador las instituciones dedicadas a la gestión de residuos sólidos son pertenecientes a los GADs o están estrechamente relacionados con ellos, de modo que, si se optimizan las operaciones de estas instituciones, indirectamente se transmitirían estos ahorros hacia los GADs y finalmente hacia el estado ecuatoriano (Yépez, 2010).

A nivel nacional se han realizado investigaciones relacionadas al problema de enrutamiento de los camiones recolectores de residuos sólidos (WCVRP), optimizando las rutas de los camiones recolectores en la ciudad de Cuenca mediante herramientas del SIG, lográndose significantes reducciones en costos operativos y reducciones de emisiones ambientales (Cusco y Picón, 201 5).

Es importante mencionar que las herramientas SIG son aplicaciones directas para la resolución del problema del ruteo vehicular con procedimientos metaheurísticos, un primer análisis de factibilidad indica la necesidad a nivel local de profundizar la problemática, buscando cumplir con otros parámetros importantes, como es el balanceo de las distancias recorridas por la flota de camiones, restricciones de carga de los vehículos y la adecuada zonificación

geográfica de la ciudad de aplicación, para temas logísticos de recolección urbana y rural (Keenan, 2008).

Para el tratamiento del WCVRP los métodos exactos y procedimientos tanto heurísticos como metaheurísticos son los de mayor aplicación en comparación con aplicaciones de dispositivos basados en sistemas de

posicionamiento global (GPS) y en transmisión de datos, esto se

debe principalmente a que los primeros pueden ser modelizados en lenguajes de programación de bajo costo o de libre acceso, mientras que los segundos requieren de una gran inversión en capital inicial para su implementación, sin embargo los estudios relacionados han demostrado que dicha inversión se recupera prontamente mediante significativos ahorros en costos en operaciones de recolección de residuo sólido municipal (RSM), lo cual garantiza la viabilidad de su implementación en países en vías de desarrollo (Herrera et al., 2017, p. 10).

2.2.6 Problema de enrutamiento de vehículos

Bodin, Golden y Assad (1983) indican que el

problema de enrutamiento constituye un área de estudio muy importante en Investigación de Operaciones, y más concretamente en el área de Optimización Combinatoria. El área de enrutamiento, en general, engloba los problemas del siguiente tipo: determinación de las rutas óptimas que deberán seguir un conjunto de vehículos ubicados en puntos de abastecimiento de productos, para satisfacer la demanda en ciertos puntos, sujetos a un conjunto de restricciones. Muchos problemas importantes en las áreas de servicios y del sector productivo pueden formularse como problemas de enrutamiento, tal es el caso de la recolección de basura en una ciudad.

2.3

2.3.1 MARCO METODOLÓGICO

Análisis de datos utilizando teoría de los grafos

Bautista y Pereira (2002) sostienen que la teoría de grafos se aplica desde hace más de dos siglos a resolver gran cantidad de situaciones relacionadas con la optimización de rutas. Entre los diferentes problemas que se pueden abordar con esta teoría se encuentra el problema del cartero chino (The Chinese Postman Problem, CPP).

El problema del cartero chino no dirigido consiste en encontrar un camino de cartero de mínimo coste de un grafo conectado. En un problema de cartero dirigido, cada vértice debe tener tantas salidas posibles como entradas tiene. Es necesario, realizar el balanceo de los grafos, añadiendo copias de ciertos arcos para transformar el grafo y satisfacer esta condición (Bautista y Pereira, 2002).

2.3.2 Análisis de datos utilizando Network Analyst de ArcGis

Para optimizar rutas de recolección de residuos sólidos, Araiza y José (2015) emplearon la herramienta de análisis principal Network Analystde ArcGis, la cual usa el algoritmo de Dijkstra para buscar las trayectorias más cortas. La metodología comprendió 3 fases: recolección de datos, construcción de redes y análisis SIG.

En la recolección de datos se adquirió la traza urbana, viabilidades en formato digital y descripción de las rutas actuales. Para la construcción de redes se modificaron atributos de la red vial como tiempos, distancias, velocidades y consumos de combustibles, generando luego el Network Dataset para las redes de transporte. Finalmente, con el análisis SIG, se reasignaron paradas, generación de nuevas rutas y comparación de tiempos, distancias y consumo de combustible (Araiza y José, 2015).

Lucero y Viñamagua (2016), para el rediseño de las rutas de recolección de residuos sólidos con la herramienta Network Analyst –VRPpara las macro-rutas

occidental y central de la parroquia Cayambe procedimientos: aplicaron los siguientes

Definición de las macro-rutas de recolección.

Definición de los horarios y frecuencias de recolección domiciliaria. Características y dimensionamiento de la flota de recolección. Cálculo del número de viajes. Determinación de las micro-rutas de recolección.

La metodología diseñada en la investigación de Cusco y Picón

(2015) fue realizada en el programa ArcGis para la comparación entre las rutas actuales y las nuevas rutas optimizadas, basada en 3 estrategias puntuales. Inicialmente se identificaron las rutas de recolección actuales, luego la implementación de técnicas SIG para realizar un análisis de red, buscando simular el recorrido que hacen los camiones recolectores por las diferentes calles de la ciudad, y finalmente, la relación entre rutas actuales y nuevas rutas optimizadas.

2.3.3 Definición de las macro-rutas de recolección

Una macro-ruta

es una división geográfica de la ciudad en partes homogéneas, fundamentalmente se trata de determinar el tamaño de cada una de las rutas de tal forma que la cantidad de trabajo diario que realiza una cuadrilla sea similar a cualquier otra con el máximo de utilización de los recursos (Marquéz, 2010, p.42).

Para la elaboración de rutas es necesaria la partición del territorio en zonas homogéneas, la misma que se realiza tomando en cuenta característica como la generación de residuos, topografía y límites determinados por accidentes geográficos o instalaciones urbanas. Esta segmentación de la ciudad en sectores operativos se denomina macro-rutas, las cuales permiten conocer el número de vehículos que se requieren para la operación; posterior a esto se debe definir horarios y frecuencias de recolección (Lucero y

Viñamagua, 2016, p. 30).

2.3.4 Metodología para el diseño de micro-rutas con la aplicación Vehicle Routing Problem (VRP)

La aplicación VRP toma en cuenta clases de análisis para resolver diferentes situaciones como (Lucero y Viñamagua, 2016, p 37-38):

Órdenes:

cubren la superficie residencial de cada micro-ruta, esto representa las fundas de RSU dispuestas en las aceras. Depósitos: corresponde a las coberturas del Centro de Compostaje, el Relleno Sanitario de Pingulmí y el Campamento (garaje). Rutas: en este campo se agregó las micro-rutas y se incorporó la información de cada macro-ruta, considerando que cada micro-ruta posee información diferente con respecto a la capacidad de carga, al tiempo de operación y al lugar de inicio de ruta.

Según Ávila y Sanjuelo (2008), en el trazado de la micro-ruta lo que se requiere es que el vehículo pase por todos los arcos y nodos del sistema al menos una vez, la micro-ruta ideal es aquella en la que el vehículo visita todos los nodos y recorre todos los arcos una y solo una vez. Esta situación se logra cuando se tiene una red conformada por nodos pares.

2.3.5 Análisis espacial para la gestión de residuos

La actividad de recolección posee ciertas relaciones espaciales que, entre otros aspectos, dependen básicamente de las características del medio de transporte que lo sustenta y de su capacidad de carga, como también de las características del entorno en el que se mueve (Potrykowski y Taylor, 1984).

Viotti, Polettini, Pomi e Innocenti (2003) consideran que la resolución heurística del problema de la optimización de recursos mediante el método tradicional de los algoritmos heurísticos presenta dos inconvenientes, la falta de precisión y los largos tiempos de ejecución. Por ello, proponen aplicar la teoría de grafos para

esquematizar las áreas urbanas como una red en la cual los nodos representan las intersecciones o los contenedores mientras que los arcos representan las calles.

Por otro lado, la geografía espacial podría mostrarse de acuerdo al sistema del ciclo de los residuos sólidos, los cambios de ciertos patrones de la distribución de los generadores y de los lugares de disposición, como las interacciones espaciales entre dichos puntos, y que tienen un impacto representativo en la gestión financiera del municipio.

Celemín (2017) expresa que la información captada permite examinar las condiciones espaciales y estructurales que circundan a la vivienda y los hogares que la habitan, y constituye por ello un valioso insumo para la planificación y formulación de políticas públicas en infraestructura.

Para cumplir el principio básico del sistema de información geográfica (SIG) para relacionar la información espacialmente de los residuos sólidos, deben estar disponibles los siguientes datos (Sarría, 2006):

Mapas que contenga información espacial. Datos espaciales, que proporcionen información sobre la ubicación de los diferentes puntos críticos. Información espacial correlacionada para incorporar en los mapas la ubicación de los contenedores de residuos sólidos. Información del atributo sobre los elementos espaciales. Puntos de disposición o tratamiento a efectos de conocer una dimensión espacial de la cobertura del servicio de recolección y disposición, así también, una aproximación de los costos asociados. Distribución de la población, comportamiento. que incluya localización y

Para Gallardo (2014), el estilo de vida de los portovejenses obedece a patrones de vida aprendidos mediante valores, creencias, costumbres y comportamientos generacionales que son comunes en los grupos de personas que se relacionan.