Las herramientas de la Industria 4.0, como el Internet de las Cosas, la inteligencia artificial, el gemelo digital y la computación en la nube, crean una revolución tecnológica que acelera los esfuerzos para optimizar la eficiencia de las operaciones y servicios ciberfísicos. El sistema de gestión de residuos requiere una parte crítica de la optimización de la logística urbana, especialmente al utilizar sistemas ciberfísicos. Las herramientas modernas reducen el manejo municipal de residuos requerido, como la carga y descarga, el transporte y el almacenamiento, lo que lleva a un aumento en la eficiencia y flexibilidad, ahorrando energía y tiempo, y protegiendo el medio ambiente. En este documento, presentamos una solución de sistema de gestión de residuos ciberfísico proporcionando un diseño y descripción del modelo ciberfísico, modelado matemático y dos casos para investigar el impacto en el consumo de energía y las emisiones. Después de una introducción y revisión de la literatura, describimos el diseño del modelo ciberfísico y abordamos el primer escalón. El sistema diseñado incorpora el IoT, contenedores inteligentes con sensores de múltiples porcentajes, análisis de datos e información, rutas reales de los vehículos, optimización de energía y emisiones, sistemas de múltiples escalones, ventanas de tiempo y flexibilidad. Se presentan ecuaciones de modelado matemático para el consumo total de energía optimizado. Se detallan treinta y veinte contenedores inteligentes ubicados en el VIII Distrito de Budapest como dos estudios de caso, donde se encuentran soluciones para las rutas reales optimizadas y el consumo de energía utilizando tres algoritmos metaheurísticos: algoritmos de optimización genética, de enjambre de partículas y de recocido simulado. Se calculan las emisiones acumuladas de CO, NMHC, CH, NO y PM para las soluciones optimizadas. Finalmente, los resultados se comparan con una solución tradicional aleatoria para medir la efectividad.