El documento detalla la elaboración de un proyecto de saneamiento básico utilizando reactores anaeróbicos de flujo ascendente (R.A.F.A.) para el tratamiento de aguas residuales en comunidades del cerro de Cota, destacando su efectividad, bajo costo y bajo consumo energético. Se abordan las ventajas y desventajas de este sistema, así como los factores que afectan la digestión anaeróbica, el dimensionamiento del reactor y la importancia de una adecuada inoculación. Además, se discuten aspectos técnicos del diseño y operación de los reactores, incluyendo el manejo del biogás y la mitigación de olores.

1. ELABORACIÓN DE UN PROYECTO DE SANEAMIENTO
BÁSICO PARA LAS JUNTAS VECINALES: VILLA
MERCADO, VENANCIO MERCADO Y VILLA GUZMÁN
DEL CERRO DE COTA, DISTRITO 6, MUNICIPIO DE
QUILLACOLLO
Integrantes: Jaime Quiroz Montan
Jhonathan Vargas Corrales

2. Índice
Reactor R.A.F.A.
Ventajas y Desventajas
Partes de un reactor R.A.F.A.
Aplicación al proceso anaerobio
Factores que afectan la digestión anaerobia
Inoculación del reactor R.A.F.A.
Dimensionamiento del reactor R.A.F.A.
Formas del reactor R.A.F.A.
Resumen de resultados obtenido en el diseño del reactor R.A.F.A.

3. Reactor RAFA
Los reactores UASB, también conocido como RAFA (reactor anaerobio de flujo
ascendente) son un tipo de biorreactor tubular que operan en régimen continuo y en flujo
ascendente, es decir, el afluente entra por la parte inferior del reactor, atraviesa todo el
perfil longitudinal, y sale por la parte superior.
Su principio de funcionamiento se basa en la buena sedimentabilidad de la biomasa
producida dentro del reactor, la cual se aglomera en forma de granos o flóculos. Estos
granos o flóculos cuentan además con una actividad metanogénica muy elevada, lo que
explica los buenos resultados del proceso.

4. Figura 1. Esquema general de un R.A.F.A.
Fuente:VON SPERLING 2007

5. El reactor UASB se diseña sobre todo usando las fórmulas empíricas derivadas de estudios pasados en
una escala experimental o del funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales ya
existentes en otros lugares. El tratamiento anaeróbico de las aguas residuales ha ganado recientemente
atención mundial debido a su efectividad, bajo costo y bajos requerimientos de energía. Los reactores
anaeróbicos de flujo ascendente (RAFA) ha sido considerada como el sistema de reactor más atractivo
debido a su simplicidad y bajo funcionamiento (Schellinkhout y Osorio, 1994.)
Mitigación de olores: El sulfuro de hidrógeno se produce durante el proceso anaeróbico, especialmente
cuando hay altas concentraciones de sulfato en el afluente. Se requiere un manejo adecuado del biogás para
evitar el mal olor.

6. Ventajas y desventajas del tratamiento anaeróbico en reactores
R.A.F.A
Ventajas
 Buena eficiencia de eliminación en el sistema
 Sencillez en la construcción y operación.
 Flexibilidad: El tratamiento anaeróbico se puede
aplicar fácilmente en una escala muy grande.
 Bajos requisitos de espacio:Cuando se acomodan
altas tasas de carga
 Bajo consumo energético:Todas las operaciones de la
planta pueden realizarse por gravedad,el consumo de
energía del reactor es casi insignificante.
 Baja producción de lodos. La producción de lodos es
baja, en comparación con los métodos aeróbicos,
debido a las lentas tasas de crecimiento de las
bacterias anaeróbicas
Desventajas
 Baja eliminación de patógenos y nutrientes. Los
patógenos solo se eliminan parcialmente, excepto los
huevos de helmintos, que se capturan de manera
efectiva en el lecho de lodos. La eliminación de
nutrientes no está completa y, por lo tanto, se requiere
un tratamiento posterior.
 Larga puesta en marcha. Debido a la baja tasa de
crecimiento de los organismos metanogénicos, el
inicio toma más tiempo en comparación con los
procesos aeróbicos, cuando no hay un buen inóculo
disponible.
 Posibles malos olores.
 Necesidad de postratamiento para alcanzar los
estándares de descarga de materia orgánica, nutrientes
y patógenos.
Los beneficios y las limitaciones del proceso de acuerdo a H.V.M. Hamelers y Gazte Lettinga se
han resumido en las siguientes tablas:

7. 2.7.7.2.Partes de un reactor RAFA
El
reactor
Afluente
Zona de
transi-
ción
Separa
-dor
GSL
Lugar donde proliferan
los organismos
anaerobios que
transforman la materia
orgánica en biogás y
nuevos organismos.
Mismo donde es
alimentado y
homogéneamente
distribuido por el fondo
del reactor y asciende a
través de un lecho de
lodos anaeróbicos, los
cuales son expandidos
por la velocidad
ascendente del flujo y la
producción de biogás.
Donde el movimiento
del agua hacia arriba
tiende a arrastrar a
los organismos que
no están aglutinados
en flóculos o esferas
y en la que se busca
evitar que esas
partículas salgan con
el efluente tratado.
Se separan y
descarga el biogás
generado y evita la
salida de los sólidos
suspendidos en el
efluente y favorece
la evacuación del
gas y la decantación
de los flóculos.
Colecto-
res de
agua
tratada y
gas
Componente donde se
separan y descarga el
biogás generado.

8. Partes de un reactor RAFA
Figura 2. Partes de un Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente RAFA
Efluente
Afluente
Biogas
Capa de
lodo
Manto de
lodo
Deflector
de gases
Separador

9. 2.7.7.3.Aplicación del proceso anaerobio al tratamiento de las
aguas residuales domésticas
Digestión anaeróbica
Es el proceso de degradación de materia orgánica presente en el agua residual, es decir el
consumo y reducción de ciertos compuestos para producir otros principalmente lodo
digerido, gas metano y bióxido de carbono.
En la digestión anaerobia de las proteínas, lípidos y carbohidratos se pueden distinguir en
cuatro etapas para la conversión de estos compuestos según Van Haandel (1994).
a) Hidrólisis
Llamada también licuefacción, en este proceso el material orgánico es convertido a
compuestos orgánicos de menor peso molecular por acción de las bacterias
fermentativas.

10. b) Acidogénesis
Llamado también fermentación ácida, la cual baja el pH del sistema.
c) Acetogénesis
Transforma los productos de la acidogénesis en precursores del metano, acetato,
hidrógeno y gas carbónico.
d) Metanogénesis
Es la última fase en la que hay formación de metano a partir de acetato, el dióxido de
carbono e hidrógeno. En general la metanogénesis es el factor limitante para la
velocidad del proceso de digestión anaeróbica como un todo.

11. Factores que afectan la digestión anaeróbica
a) Temperatura
La temperatura es un factor muy importante que regula la digestión anaeróbica ya que a mayor
temperatura hay un mejor desempeño de las bacterias reductoras. En general se pueden distinguir
tres rangos de temperaturas a las que se produce la digestión anaeróbica, Lettinga (1995).
- Una digestión fría que se realiza por debajo de los 20 grados centígrados (psicrofila)
- Una digestión que se realiza entre los 20 y 40 grados centígrados
- Una termofílica por encima de los 40 hasta los 55 grados centígrados
b) pH
El valor de pH durante la digestión anaeróbica es importante, el valor óptimo del pH gira
alrededor de pH neutro (7) siendo su faja de variación entre 6,3 y 7,8. Del valor de pH depende la
formación de poblaciones de fermentación ácida o metanogénica, favoreciéndose a valores bajos
de pH el crecimiento de las bacterias acidogénicas que son mucho menos sensibles que las
bacterias metanogénicas, Lettinga (1995).

12. c) Nutrientes
Hay presencia de nutrientes para el desarrollo de las bacterias reductoras principalmente de
fósforo y nitrógeno, estos nutrientes se encuentran generalmente en cantidades suficientes en las
aguas residuales domésticas
d) Sustancias inhibidoras
Algunas sustancias provocan retardo o aún la paralización total del proceso de digestión
anaeróbica, entre estos se encuentran por ejemplo el sulfito. Experimentos realizados por Van
Haandel (2012), demostraron que concentraciones de sulfito por encima de 100 mgSL, ocurren
efectos de estimulación y los efectos tóxicos reducirán gradualmente la eficiencia en remoción de
DQO (de 90 a 70%), estas reducciones se dan para concentraciones próximas a 500 mgSL.

13. e) Sustancias órgano-cloradas
Detergentes y oxígeno disuelto en elevadas concentraciones que pueden haber ingresado al
reactor por aireación exagerada del agua residual doméstica, provocan el colapso del proceso de
digestión; si la cantidad de oxígeno disuelto no es considerable, este será removido por la acción
de las bacterias acidogénicas facultativas. Estas sustancias inhibitorias generalmente se
encuentran en las aguas residuales industriales más que las domésticas (Van Haandel, 2012;
Lettinga, 1995).

14. Inoculación del reactor RAFA
El proceso de arranque de un rector anaerobio se ve favorecido con el empleo de un inoculo
adecuado, por cuanto se disminuye el tiempo necesario para que el reactor alcance la máxima
eficiencia en la remoción de materia orgánica.
La principal característica que debe tener un inoculo es su actividad metanogénica, la
concentración mínima recomendad por la bibliografía para el lodo utilizado como inoculo es de
10 kg SSV/m3 y el máximo volumen de lodos inoculado no debe sobrepasar el 60% del volumen
del cuerpo del reactor, siendo el valor recomendable de un 20% (Lettinga & Haandel,1995).

15. La actividad metanogénica de un inoculo regula el periodo del tiempo de arranque de un reactor
es decir a mayor actividad metanogénica del lodo, el reactor va tener un período de arranque más
corto que otro inóculo con un lodo de menor actividad metanogénica
El propósito principal del arranque de un reactor es de hacer crecer las bacterias metanogénicas
para el tratamiento del efluente y como se ha mencionado anteriormente la inoculación es de
suma importancia para la aceleración de este proceso, por lo que es necesario hacer un estudio
para determinar el inóculo más adecuado para cada caso (Van Haandel & Lettinga,1995).

16. 2.7.7.4.Dimensionamiento del reactor RAFA
1) Carga Orgánica Máxima por día (DQO)
Donde:
COmax Carga orgánica volumétrica (kg DQO/m3 día)
So Concentración de DQO (kg/m3)
Qmed Caudal medio diario (m3/día)
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 𝑆𝑜 ∗ 𝑄𝑚𝑒𝑑 Ec. 1
De acuerdo Hulshoff, 1995 existen dos criterios para el dimensionamiento de los reactores RAFA que son:
a) La carga hidráulica máxima aplicable que define el tiempo de permanencia mínima y el volumen del
reactor b) La carga orgánica máxima aplicable. Para el criterio de diseño por carga orgánica se tiene el
siguiente procedimiento:

17. 2) Carga Orgánica Máxima por día (DBO5)
Donde:
COmax Carga orgánica volumétrica (kg DBO5/m3 día)
So Concentración de DBO5 (kg/m3)
Qmax d Caudal medio diario (m3/día)
3) Tiempo de retención hidráulica
El tiempo de retención hidráulica está directamente relacionado con la velocidad del proceso de digestión
anaerobia, que a su vez depende del tamaño del reactor.
El tiempo de retención hidráulica deberá ser del orden de 8 a 10 horas para caudal medio; a caudal máximo
diario el tiempo de retención no deberá ser inferior a 4 horas y los picos de caudal máximo no deberán
prolongarse por más de 4 a 6 horas.
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 𝑆 ∗ 𝑄𝑚𝑒𝑑 Ec. 2

18. Tabla 1. Tiempo de retención hidráulica en el reactor R.A.F.A
Fuente: LETTINGA & HULSHOFF POL 1995
4) Determinación del volumen del reactor
El volumen total del reactor se determina en función del tiempo de retención hidráulica mediante la
siguiente ecuación:
Temperatura
del
agua
residual °C
Tiempo de retención hidráulica (horas)
Caudal Media diaria Mínimo (durante 4 a 6 horas)
16 – 19 > 10 - 14 > 7 - 9
20 – 26 > 6 - 10 > 4 - 6
> 26 > 6 > 4
𝑉
𝑟 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝑇𝑅𝐻 Ec. 3

19. Donde:
Vr Volumen del reactor (m3)
Qmed Caudal medio diario (m3/hr)
THR Tiempo de retención hidráulica (hr)
5) Altura del reactor
Donde:
H Altura del reactor (m
VA Velocidad ascendente de diseño (m/hr)
THR Tiempo de retención hidráulica (hr)
6) Forma del reactor
En relación a la forma del reactor en planta, estos pueden ser circulares o rectangulares.
𝐻 = 𝑉𝐴 ∗ 𝑇𝑅𝐻 Ec. 4

20. Figura 3. Formas del reactor R.A.F.A.
Tanto para una forma rectangular o circular, el área se determina con la siguiente ecuación:

21. Donde:
Ar Área del reactor (m2)
Vr Volumen del reactor (m3)
H Altura del reactor (m)
7) Diámetro del reactor
Para una sección circular el diámetro del reactor es:
Donde:
D Diámetro del reactor (m)
Ar Área del reactor (m2)
𝐴𝑟 =
𝑉
𝑟
𝐻 Ec. 5
𝐷 =
4 ∗ 𝐴
𝜋
Ec. 6

22. 8) Velocidad ascendente del flujo
Corresponde a la zona de digestión, la velocidad superficial máxima en el reactor depende del tipo de lodo
presente y las cargas aplicadas. Para reactores operando con lodo floculento y con cargas orgánicas de hasta
5 a 6 kg DQO/m3día, las velocidades superficiales medias deben ser del orden de 0,5 a 0,7 m/hr, siendo
tolerados picos temporarios, durante 2 a 4 horas, de hasta 1,5 a 2,0 m/hr.
Tabla 2. Velocidades superficiales recomendadas para el diseño de reactores RAFA
Fuente: LETTINGA & HULSHOFF POL 1995
La velocidad ascendente para líquidos domésticos deberá calcularse con el caudal medio diario de diseño y
el caudal máximo diario de diseño.
Caudal del afluente Velocidad ascendente VA (m/hr)
medio 0,4 - 0,7
máximo 0,9 - 1,1
picos < 1,5

23. Donde:
V Velocidad superficial en el área del reactor (m/s)
Qmed d Caudal medio diario (m3/hr)
Ar Altura del reactor (m2)
Qmax h Caudal máximo horario (m3/hr)
9) Diseño por Carga Orgánica Volumétrica
La carga orgánica volumétrica se define como la cantidad de masa de materia orgánica aplicada diariamente
al reactor por unidad de volumen.
𝑉 =
𝑄𝑚𝑒𝑑 𝑑
𝐴𝑟 Ec. 7
𝑉 =
𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ
𝐴𝑟 Ec. 8
𝐶𝑂𝑉 =
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥
𝑉
𝑟 Ec. 9

24. Donde:
COV Carga orgánica volumétrica (kg DQO/m3)
COmax Carga orgánica máxima por día (kg DQO/día)
Vr Volumen del reactor (m3)
10) Diseño por Carga Orgánica Superficial
Donde:
COsup Carga orgánica superficial (kg/DBO5/m2/día)
COmax Carga orgánica máxima por día (kg /DBO5/día)
Ar Área del reactor (m2)
11) Carga hidráulica volumétrica
La carga hidráulica volumétrica es la cantidad de volumen de agua residual aplicada diariamente al reactor,
por unidad de volumen del mismo tiempo de retención hidráulica.
𝐶𝑂𝑠𝑢𝑝 =
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥
𝐴𝑟 Ec. 10

25. Donde:
CHV Carga hidráulica volumétrica (m3/m3*día)
Qmaxd Caudal máximo diario (m3/día)
Vr Volumen del reactor (m3)
Estudios experimentales demostraron que la carga hidráulica volumétrica no debe pasar el valor de 5
m3/m3*día, lo que equivale a un tiempo de retención hidráulica mínimo de 4,8 horas.
12) Tuberías de distribución primaria
Se debe distribuir el sustrato del afluente en forma uniforme en la parte interior del reactor, evitando
cortocircuitos a través de la capa inferior de lodo, esto es importante cuando se tratan de aguas residuales
del tipo doméstico. Son los tubos que se encargan de distribuir uniformemente la carga de agua residual, al
interior del reactor RAFA.
𝐶𝐻𝑉 =
𝑄max 𝑑
𝑉𝑟 Ec. 11

26. Para el cálculo del diámetro de las tuberías de distribución, se consideran los siguientes parámetros de
diseño:
El diámetro debe ser lo suficiente para evitar que los sólidos presentes en el agua residual del afluente
provoquen obstrucciones frecuentes en los tubos.
Para el caso de tratamiento de aguas domésticas la experiencia indica que los diámetros de 40 a 50 mm
pueden ser utilizados con un propósito de aumentar la velocidad de salida son usualmente superiores a 0,4
m/s o suficientes para evitar la deposición de arena.

27. Figura 4. Tubos de distribución de agua residual al interior
del reactor R.A.F.A.
Fuente: CHERNICHARO 2001

28. El número de difusores esta expresada mediante la siguiente ecuación:
Donde:
Nd Número de tubos de distribución
Ar Área del reactor (m2)
Ad Área de influencia de cada distribuidor (m2)
En la Tabla 3 se muestra una guía para determinar el área de influencia de los distribuidores de flujo con
respecto al tipo de lodo en el reactor.
𝑁𝑑 =
𝐴𝑟
𝐴𝑑 Ec. 12

29. Tabla 3. Área de influencia de los distribuidores (Ad) en reactores R.A.F.A
Tipo de lodo
Carga orgánica aplicada
Área de influencia de
cada
(kg de DQO/m3 d) distribuidor (m2)
Lodo denso y
floculento
menor 1 0,5-1
(concentración mayor
a 40 kg SST/m3)
1-2 1-2
mayor 2 2-3
Lodo medio floculento menor1-2 1-2
(concentración 20 a
40 kg SST/m3)
mayor 3 2-5
1-2 0,5-1
Lodo granular 2-4 0,5-2
mayor 4 mayor 2
Fuente: LETTINGA & HULSHOFF POL 1995

30. Por lo tanto, la velocidad en las tuberías de distribución será:
Donde:
Vtp Velocidad en la tubería primaria
Qmed d Caudal medio diario (m3/s)
Atp Área de la tubería primaria (m2)
Se despeja el valor del área de la tubería, obteniendo la siguiente ecuación:
Por lo tanto, el diámetro de las tuberías de distribución es:
𝑉𝑡𝑝 =
𝑄𝑚
𝐴𝑡𝑝 Ec. 13
𝐴𝑡𝑝 = 𝜋 ∗
𝐷2
4 Ec. 14
𝐷 =
𝑄𝑚/𝑁𝑑 ∗ 4
𝑉𝑡𝑝 ∗ 𝜋 Ec. 15

31. Donde:
D Diámetro de las tuberías de distribución (m)
Nd Número de tubos de distribución
Vtp Velocidad en la tubería primaria (m/s)
13) Diseño del separador Gas-Sólido-Líquido (GSL)
El separador GSL es el dispositivo más importante del reactor RAFA, que desempeña cuatro funciones:
 Colecta gas que se produce en la parte inferior o zona de digestión, donde existe un manto de lodos
responsable de la digestión anaerobia.
 Permite la sedimentación de los sólidos en suspensión en la parte superior del reactor encima del
separador.
 Ayuda a conservar una baja concentración de sólidos sedimentables en el efluente.
El separador de GSL, ha sido diseñado de acuerdo a las guías tentativas presentadas por Lettinga y
Hulshoff.

32. Figura 5. Separador GSL (Gas-Sólido-Líquido)
Fuente: LETTINGA & HULSHOFF POL 1995
La construcción del separador de GSL, propuesto por Lettinga y Hulshoff tiene las siguientes
características:

33.  La mampara debe tener un ángulo entre 45 y 60 grados, con respecto a la horizontal.
 El área de paso entre los colectores debe ser de 15 a 20 % de la superficie del reactor.
 La altura del colector de gas debe estar entre 1,5 a 2 metros para reactores de 5-7 metros de altura.
 El traslape de los bafles instalados debajo de la apertura debe ser de 10 – 20 cm con el fin de evitar que
las burbujas de gas ascendentes entren al compartimiento de sedimentación.
 El diámetro de los conductos de salida de gas debe ser suficientes para garantizar la fácil remoción del
biogás de la campana de recolección de gas, particularmente en el caso de formación de espuma.
14) Área libre
El área libre es el área total de las aberturas que existe, entre la pared del reactor y el separador de GSL,
también entre la separación de separadores de GSL de uno a otro, si existiese más de un separador de GSL.

34. Donde:
Alibre Área libre (m2)
Qmed d Caudal medio diario (m3/hr)
VQmed d Adoptado de la Tabla 3 (m/hr)
Qmax d Caudal máximo diario (m3/hr)
Vqmax d Adoptado de la Tabla 3 (m/hr)
La velocidad en el área libre del reactor (aberturas entre el reactor y GSL), según Lettinga (1989), la
velocidad de flujo máxima permitida en la abertura entre el reactor y el separador GSL, no debe ser mayor a
6 (m/hr) como máximo y preferiblemente 4 (m/hr).
|
𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
𝑄med 𝑑
𝑉 Ec. 16
𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
𝑄max 𝑑
𝑉𝑟 Ec. 17

35. Tabla 4. Velocidades en el área libre del reactor en aberturas entre reactor y GSL
Fuente: LETTINGA & HULSHOFF POL 1995
15) Ancho de la abertura entre el reactor y separador GSL (Wa)
Las aberturas entre el reactor y el separador GSL, deben ser proyectados de forma de posibilitar lo
siguiente:
 La separación de gases antes que el agua residual tenga acceso al sedimentador, favoreciendo la
sedimentación de los sólidos en su interior.
Caudal del efluente Velocidad (m/hr)
medio 2 - 2,5
máximo 4 - 4,2
pico 5,5 - 6

36.  La retención de los sólidos en el compartimiento de digestión, manteniendo las velocidades en las
aberturas por debajo de las recomendadas en la Tabla 4. Velocidad en el área libre del reactor (en
aberturas entre reactor y GSL).
 El retorno de los sólidos sedimentados en el decantador al compartimiento de digestión, el cual se
garantiza a partir de una adecuada inclinación de las paredes del decantador y los deflectores de gases.
El ancho de la abertura entre reactor y el separador se calcula con la siguiente ecuación:
Donde:
Wa Ancho de la abertura, entre el reactor y entre separadores de GSL (m)
Alibre Área libre del reactor (m2)
Lr Longitud del reactor (m2)
𝑊
𝑎 =
𝐴 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒
𝐿𝑟 Ec. 18

37. 16) Traslape vertical del deflector
Los deflectores permiten del biogás y permiten que el líquido y los sólidos entren al compartimiento de
sedimentación. Estos deflectores deben tener un traslape mínimo de 10 a 15 cm, en relación a la abertura
del decantador.
17) Altura de la campana (Hg)
La altura recomendada entre el borde inferior de la campana y la superficie del agua es de 1 a 1,5 (m).
18) Ancho de los lados de la campana (Wg)
La inclinación de las paredes del separador GSL es necesaria para crear una superficie sobre la cual los
sólidos pueden sedimentar y deslizarse hacia el fondo (zona de digestión).
1
2
∗ 𝑊
𝑔 =
𝐻𝑔
𝑡𝑎𝑛𝛼 Ec. 19

38. Donde:
Wg Ancho de los lados de la campana (m)
Hg Altura de la campana
α Ángulo de la inclinación de la campana (40-60)
grados
La superficies inclinadas de las campanas separadoras actúan como sedimentadores. La verificación de las
tasas de aplicación de carga superficial y de los tiempos de retención hidráulica
19) Ancho de la superficie húmeda(Ws)
Tabla 5. Carga de aplicación superficial en el compartimiento de sedimentación
Caudal
afluente
Carga de Aplicación
Superficial
medio 0,6-0,8
máximo menor 1,2

39. 19) Ancho de la superficie húmeda(Ws)
Donde:
Ws Ancho de la superficie húmeda (m)
Wg Ancho de los lados de la campana (m)
Wa Ancho de la abertura GSL (m)
El área superficial húmeda se obtiene multiplicando el ancho de la superficie húmeda (Ws) por el lado del
reactor (Dr) por tanto el área superficial húmeda será
𝑊𝑠 =
1
2
𝑊𝑔 +
1
2
𝑊𝑎
Ec. 20
𝐴𝑠 = 𝐷𝑟 ∗ 𝑊𝑠 ∗ 2 Ec. 21
Caudal
afluente
Carga de Aplicación
Superficial
pico menor 1,6

40. Donde:
As Área de la superficie húmeda (m2)
Ws Ancho de la superficie húmeda (m)
Dr Longitud del reactor (m)
20) Ancho mínimo de la campana
El ancho mínimo recomendado según Louw Widsechut es de 0,5 metros.
21) Eficiencia de remoción de DQO
𝐸𝐷𝑄𝑂 = 100 ∗ (1 − 0,68 ∗ 𝑇𝑅𝐻−0,35
) Ec. 22
22) Eficiencia de remoción de DBO5
𝐸𝐷𝐵𝑂5 = 100 ∗ (1 − 0,7 ∗ 𝑇𝑅𝐻−0,50
) Ec. 23
23) Producción de lodos
𝑃𝑙𝑜𝑑𝑜 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑄𝑂 Ec. 24

41. Donde:
Plodo Producción de lodo (kg SST/día)
𝛾 Coeficiente de producción de lodos (0,15 kg SST/kgDQOaplicada)
DQOaplicada Masa de DQO removida (kg/d)
La densidad del lodo promedio de un reactor es de 1020 kg/m3 y su humedad es de 95%. En función de
estos valores el volumen de lodo producido en el reactor es:
Donde:
Vl Volumen de producción de lodos (m3/día)
γ Densidad del lodo (kg/m3)
Cs Concentración de sólidos en el lodo %
La densidad del lodo es del orden de 1020 a 1040 kg/m3 (Chernicharo de Lemos, 2007).
.
𝑉𝑙 =
𝑃𝑠
𝛾(
𝐶𝑠
100
) Ec. 25

42. 24) Producción de biogás del reactor
Según Lettinga, 1995, el coeficiente de producción de biogás es de:
𝐶1 = 0,2
𝑚3
𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂 Ec. 26
La carga media de DQO removida se calcula con la siguiente ecuación:
𝐿𝑜 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐷𝑄𝑂 Ec. 27
El volumen de biogás que se produce en el reactor RAFA se calcula mediante la fórmula:
𝑉𝑔 = 𝐿𝑜 ∗ 𝐶1 Ec. 28
Cerca del 75% del biogás está compuesto por metano (CH4) por lo que el volumen de metano se calcula de
la siguiente manera:
𝑉𝐶𝐻4
= 0,75 ∗ 𝑉𝑔
Ec. 29

43. 3.4.7.Diseno del reactor R.A.F.A.
3.4.7.1.Parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos
Tabla 6. Parámetros fisicoquímicos y bacteriológicos para el diseño del R.A.F.A
Fuente: Elaboración propia, 2018
Parámetro Valor
Concentración de DBO5 213,4 mg/l 0,213 kg/m3
Concentración de DQO 485 mg/l 0,485 kg/m3
Concentración de SST 662 mg/l -
Concentración de P (fósforo) 8 mg/l -
Concentración de N (nitrógeno) 40 mg/l -
Concentración de Coliformes fecales 1E+07 UFC/100ml -
3.4.7.2.Caudales de diseño
Los caudales con los que se trabajo en el diseño son los siguientes:

44. Tabla 7. Caudales de diseño para el dimensionamiento del reactor R.A.F.A.
Fuente: Elaboración propia, 2018
Descripción Símbolo Valor (l/s) Valor (m3/s) Valor (m3/hr) Valor (m3/día)
Caudal máximo horario Qmax h 10,806 0,0108 38,90 933,64
Caudal medio diario Qmed d 4,842 0,0048 17,43 418,35
Caudal máximo diario Qmax d 5,96 0,0060 21,46 514,94
3.4.7.3.Carga orgánica máxima por día (DQO)
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 0,485
𝑘𝑔
𝑚3 ∗ 418,35
𝑚3
𝑑í𝑎
= 202,9 (
kgDQO
día
)
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 𝑆𝑜 ∗ 𝑄𝑚𝑒𝑑
3.4.7.4.Carga orgánica máxima por día (DBO5)
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 𝑆𝑜 ∗ 𝑄𝑚𝑒𝑑 𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥 = 0,213
𝑘𝑔
𝑚3
∗ 418,35
𝑚3
𝑑í𝑎
= 89,28 (
kgDBO5
día
)

45. 3.4.7.5.Tiempo de retención hidráulica: Se toma un tiempo de retención hidráulica de 8 horas según la
Tabla 1. 𝑇𝐻𝑅 =8 (hrs.)
3.4.7.6.Altura del reactor: Se asume velocidad de ascenso igual a 0,5 m/s de acuerdo a la Tabla 2 que
recomienda valores de VA para diferentes caudales en el diseño de reactores anaerobios.
𝐻 = 𝑉𝐴 ∗ 𝑇𝑅𝐻 𝐻 = 0,5
𝑚
ℎ𝑟
∗ 8ℎ𝑟 = 4 (𝑚)
3.4.7.7.Volumen total del reactor
𝑉
𝑟 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝑇𝑅𝐻 𝑉
𝑟 = 17,43
𝑚3
ℎ𝑟
∗ 8 ℎ𝑟 = 139,4 (m3)
3.4.7.8.Área del reactor
𝐴𝑟 =
𝑉
𝑟
𝐻 𝐴𝑟 =
139,45 𝑚3
4 𝑚
= 34,86 (𝑚2)
3.4.7.9.Diámetro del reactor
𝐷𝑟 =
4 ∗ 34,86 𝑚2
𝜋
= 6,6 (𝑚)

46. Por motivos constructivos se adoptó una altura de 4 metros y un diámetro de 6,5 metros. Con estas
medidas se calculó el nuevo volumen total y área del reactor.
𝑉
𝑟 = 132,7 (m3) 𝐴𝑟 =33,18 (m2)
3.4.7.10.Verificación de las velocidades ascendentes
𝑉 =
𝑄𝑚𝑒𝑑 𝑑
𝐴𝑟 𝑉 =
17,43
𝑚3
ℎ𝑟
33,18 𝑚2
= 0,52(
𝑚
ℎ𝑟
) Cumple, está dentro el rango 0,4-0,7 m/hr
𝑉 =
𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ
𝐴𝑟 𝑉 =
38,9
𝑚3
ℎ𝑟
33,18 𝑚2
= 1,1(
m
hr
)
Cumple, está dentro el rango 0,9-1,1 m/hr
3.4.7.11.Diseño por Carga orgánica volumétrica
𝐶𝑂𝑉 =
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥
𝑉
𝑟
𝐶𝑂𝑉 =
202,9
𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂
𝑚3
132,73 𝑚3
= 1,53(kgDQO/m3 día)
3.4.7.12.Diseño por Carga orgánica superficial
𝐶𝑂𝑠𝑢𝑝 =
𝐶𝑂𝑚𝑎𝑥
𝐴𝑟
𝐶𝑂𝑠𝑢𝑝 =
89,28
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑚3
33,18 𝑚2 =2,69 (kgDBO/m2 día)

47. 3.4.7.13.Carga hidráulica volumétrica
𝐶𝐻𝑉 =
𝑄max 𝑑
𝑉𝑟
𝐶𝐻𝑉 =
418,35 𝑚3 𝑑í𝑎
132,73 𝑚3 =3,15 m3/m3.día < 5 m3/m3.día ok!
3.4.7.14.Diseño del separador Gas-Sólido-Líquido (GSL)
Dato Valor Unidad
Qmed d 17,43 m3/hr
Qmax d 21,46 m3/hr
Diámetro reactor (Dr) 6,5 m
Altura reactor (Hr) 4 m
Área del reactor (Ar) 33,18 m2
Volumen reactor (Vr) 132,7 m3
Tabla 8. Datos iniciales para el diseño del separador GSL
3.4.7.15.Área libre
Para el caudal medio se asumirá una velocidad de 2 m/hr de acuerdo a la Tabla 4; y posteriormente se
determina el área del reactor en aberturas entre reactor y GSL

48. 𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
𝑄med 𝑑
𝑉
𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
17,43
𝑚3
ℎ𝑟
2
𝑚
ℎ𝑟
=8,72 m2
𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
𝑄max 𝑑
𝑉
𝐴𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 =
21,46
𝑚3
ℎ𝑟
4
𝑚
ℎ𝑟
=5,36 m2
Adoptar el área libre
mayor
3.4.7.16.Ancho de la abertura GSL (Wa)
𝑊
𝑎 =
𝐴 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒
𝐿𝑟
𝑊
𝑎 =
8,72 𝑚2
6,5 𝑚
=1,34 m 1/2Wa=0,67 m
3.4.7.17.Traslape vertical del deflector: Se adoptó un traslape vertical del deflector igual a 0,15 m
3.4.7.18.Ancho de los lados de la campana: Se asume un ángulo igual a 60 grados con respecto a la
horizontal y un altura de campana de 1,7 m (Hg).
1
2
∗ 𝑊
𝑔 =
𝐻𝑔
𝑡𝑎𝑛𝛼
1
2
∗ 𝑊
𝑔 =
1,7 𝑚
𝑡𝑎𝑛60°
=0,98m

49. 3.4.7.19.Ancho de la superficie húmeda
𝑊𝑠 =
1
2
𝑊𝑔 +
1
2
𝑊𝑎 𝑊𝑠 = 0,98 𝑚 + 0,67 𝑚= 1,65 (m) 𝐴𝑠 = 6,5 ∗ 1,65 ∗ 2= 21,45 m2
Procedemos a verificar las cargas superficiales para caudal máximo diario y para caudal medio.
𝑉𝑄𝑚𝑒𝑑 =
𝑄med 𝑑 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜
𝐴𝑠 𝑉𝑄𝑚𝑒𝑑 =
17,43
𝑚3
ℎ𝑟
21,45 𝑚2=0,8 m/hr→cumple , está dentro el rango de 0,6-0,8 m/hr
𝑉𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 =
𝑄max 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜
𝑉𝑠 𝑉𝑄𝑚𝑎𝑥𝑑 =
21,46
𝑚3
ℎ𝑟
21,45
𝑚
ℎ𝑟
=1m/hr⟶cumple con la Tabla 5, es menor a 1,2 m/hr
3.4.7.20.Calculo de los tubos de distribución
Para lodo medianamente denso y floculento y con una carga orgánica aplicada de 1,53 kgDQO/m3día se
obtiene un área de influencia (Ad) de 2 m2 de la Tabla 3.
𝑁𝑑 =
𝐴𝑟
𝐴𝑑 𝑁𝑑 =
33,18 𝑚2
2𝑚2 = 16,59 ≈ 16 difusores
El diámetro de las tuberías de distribución será igual a:

50. 𝑉𝑡𝑝 =
𝑄𝑚
𝐴𝑡𝑝
𝐷 =
𝑄𝑚𝑒 𝑑 𝑁 𝑑 ∗ 4
𝑉𝑡𝑝 ∗ 𝜋 𝐷 =
0,0048
𝑚3
𝑠
16∗4
0,5 𝑚 𝑠∗𝜋
=0,028(m) ⟶1 1/2 (pulg)
2.4.7.24.Sistema de recolección del efluente en el R.A.F.A.
𝑄𝑐 =
10,806
𝑚3
𝑠
5 𝑐𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠
=0,00216 (m3/s) 𝐴𝑡 =
𝑄𝑐
𝑉
𝐴𝑡 =
0,00216 𝑚3 𝑠
0,5 𝑚 𝑠
= 0,004 (𝑚2)
ℎ𝑎 =
𝐴𝑡
2
1 2
ℎ𝑎 =
0,004
2
1 2
= 0,05(𝑚) 𝑏 = 2 ∗ ℎ𝑎=0,1 m por razón constructivas 0,2 (m)
ℎ = ℎ𝑎 + ℎ𝑜 ℎ = 0,05 + 0,2(adoptado bordo libre)=0,25(m)
𝑆 =
𝑉 ∗ 𝑛
𝑅𝐻
2 3
2
𝑆 =
0,5 𝑚 𝑠 ∗ 0,014
0,0152 3
2
= 0,01(
𝑚
𝑚
) 𝐹 =
0,5𝑚 𝑠
9,81∗0,05𝑚
=0,71< 1
2.4.7.25.Estimación de la eficiencia de remoción de materia orgánica del reactor RAFA
𝐸𝐷𝑄𝑂 = 100 ∗ (1 − 0,68 ∗ 𝑇𝑅𝐻−0,35 𝐸𝐷𝑄𝑂 = 100 ∗ (1 − 0,68 ∗ 8−0,35
=67,17 %

51. )
𝐸𝐷𝐵𝑂5 = 100 ∗ (1 − 0,7 ∗ 𝑇𝑅𝐻−0,50 )
𝐸𝐷𝐵𝑂5 = 100 ∗ (1 − 0,7 ∗ 8−0,5
=75,25 %
2.4.7.27.Producción de lodo
𝐷𝑄𝑂𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐷𝑄𝑂 𝐷𝑄𝑂𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 418,35
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
∗ 0,485
𝑘𝑔
𝑚3 =202,89 kgDQO/día
𝑃𝑙𝑜𝑑𝑜 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑄𝑂𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑃𝑙𝑜𝑑𝑜 = 0,15
𝑘𝑔𝑆𝑆𝑇
𝑘𝑔𝐷𝑄𝑂𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎
∗ 202,89
𝑘𝑔𝐷𝑄𝑂
𝑑í𝑎
=30,43 (kg/día)
La densidad del lodo son usualmente del orden 1020 a 1040 kg/m3de acuerdo a Chernicharo de Lemos.
𝑉𝑙 =
𝑃𝑠
𝛾(
𝐶𝑠
100
𝑉𝑙 =
30,43
𝑘𝑔
𝑑í𝑎
1020
𝑘𝑔
𝑚3 (
5
100
= 0,594 ≈ 0,6 (m3)
2.4.7.28.Producción de biogás del reactor
El coeficiente de producción de biogás es de 0,2 m3/kgDQO
𝐿𝑜 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ 𝐷𝑄𝑂 𝐿𝑜 = 418,35
𝑚3
𝑑í𝑎
∗ 0,485
𝑘𝑔
𝑚3=202,9 kg DQO/día
𝑉𝑔 = 𝐿𝑜 ∗ 𝐶1 𝑉𝑔 = 202,9
𝑘𝑔𝐷𝑄𝑂
𝑑í𝑎
∗ 0,2
𝑚3
𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂
=40,58 (m3) de biogás
𝑉𝐶𝐻4
= 0,75 ∗ 𝑉𝑔 𝑉𝐶𝐻4
= 0,75 ∗ 40,58𝑚3 =30,43 (m3) de metano

52. Resumen de resultados obtenidos en el diseño del reactor R.A.F.A
Resumen de los resultados obtenidos del cálculo R.A.F.A.
Descripción Símbolo Unidad Valor
Tubería de distribución del afluente Ddistrib. pulg 1 1/2
Tiempo de retención hidráulica TRH hr 8
Diámetro del reactor Dr m 6,5
Área del reactor Ar m2 33,18
Volumen del reactor Vr m3 132,7
Altura del reactor H m 4
Carga Orgánica Máxima por día DQO CO max kgDQO/día 202,90
Carga Orgánica Máxima por día DBO5 CO max kgDQO/día 89,28
Carga Orgánica Volumétrica COV kgDQO/m3/día 1,53
Carga Orgánica Superficial COsup kgDBO/m3/día 2,69
Carga Hidráulica Volumétrica CHV m3/m3/día 3,15
Número de tuberías de distribución Nd - 16

53. Resumen de resultados obtenidos en el diseño del reactor R.A.F.A
Área libre Alibre m2 8,72
Ancho abertura entre el reactor y
separador GSL (Wa)
1/2Wa m 0,67
Traslape vertical del deflector - m 0,15
Inclinación de las paredes del separador
con la horizontal
α grados 60
Altura de la campana Hg m 1,7
Ancho de los lados de la campana 1/2Wg m 0,98
Ancho de la superficie húmeda 1/2Ws m 1,65
Área superficie húmeda As m2 21,45

54. Resumen de resultados obtenidos en el diseño del reactor R.A.F.A
Canal de recolección
ho m 0,05
h m 0,25
b m 0,2
Concentración de DBO5 En el efluente
final
SeDBO mg/l 52,82
Concentración de DQO en el efluente
final
SeDQO mg/l 159,23
Concentración de SST en el efluente final SSST mg/l 231,84
Concentración de Fósforo en el efluente
final
SP mg/l 7,2
Producción de lodos Plodo kg SST/día 30,43

55. GRACIAS