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BIODIGESTORES Aprovechamiento de energías renovables

ELABORADO POR:

Yusseika Delgado Gustavo Chipana Gladys Laura Yessica Atencio

10/07/2017

BIODIGESTORES

BIODIGESTORES CONTENIDO I.

INTRODUCCION ....................................................................................................................... 4

II.

DESARROLLO DEL TEMA ....................................................................................................... 4 1.

¿QUE ES UN BIODIGESTOR? .............................................................................................. 4

2.

¿CÓMO DISEÑO UN BIODIGESTOR?.................................................................................. 5

3.

IMPORTANCIA DEL BIODIGESTOR ..................................................................................... 5

4.

¿QUÉ ES EL BIOGAS? ......................................................................................................... 5

5.

EL BIOGÁS POR DESCOMPOSICIÓN ANAERÓBICA ......................................................... 6

6.

ESTRUCTURA DE UN BIODIGESTOR. ................................................................................ 6

7.

Tipos de biodigestores y sus diseños ..................................................................................... 6 7.1.

Biodigestor discontinuo o sistema Batch ......................................................................... 6

7.2.

Olade de Guatemala (carga por lotes o batch) ................................................................ 6

7.3.

Biodigestor semi-continuo ............................................................................................... 7

Taiwan (tubular) ................................................................................................................................ 7 7.4.

Biodigestor continuo ........................................................................................................ 7

7.5.

El sistema Biodigestor Autolimpiable ............................................................................... 7

7.6.

Ventajas del biodigestor continúo .................................................................................... 8

7.7.

Desventajas del biodigestor continúo .............................................................................. 9

7.8.

Ventajas del biodigestor discontinuo ............................................................................... 9

7.9.

Desventajas del biodigestor discontinuo.......................................................................... 9

8. Método para generar biogás y su conversión en electricidad para instalaciones agropecuarias mayores ................................................................................................................. 9 8.1.

Instalación del sistema de producción de biogás........................................................... 10

8.2.

Limpieza del biogás y generación de electricidad.......................................................... 10

III.

CONCLUSIONES ................................................................................................................ 11

IV.

RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 11

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BIODIGESTORES V.

ANEXOS.................................................................................................................................. 12

VI.

Bibliografía ........................................................................................................................... 15

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BIODIGESTORES

I.

INTRODUCCION

Desde el principio de los siglos el hombre buscaba fuentes de energía para satisfacer sus necesidades vitales. Con la tecnología a encontrado soluciones que al cabo del paso del tiempo resultaron contaminantes, insuficientes, caras y peligrosas. Y preguntamos ¿si habrá algún tipo de energía abundante inagotable, y "Limpia"? Viene como respuesta a esta pregunta el Biodigestor, Una fuente de energía que PUEDE Llegar a servicios inagotable, si no escasea los recurso que se utilizan para este (agua - Residuos Orgánicos), el gas metano es lo que se logrando y se lo utiliza como combustible. Dado el marco económico actual en el cual estamos condicionados por el uso de una energía cada vez más escasa es necesario que todos utilicemos la energía propias y naturales que tenemos a nuestro alcance; energías renovables como la energía solar, la energía de la biomasa o el biogás que genera el gas metano, en este contexto podemos situar todo tipo de residuos orgánicos para el aprovechamiento de esta energía: ganadero, domestico, biomasa, etc. En definitiva lo que se trata es de aprovechar todos los residuos orgánicos que actualmente no se aprovechan y que de no ser así representa un constante peligro de contaminación ambiental. En la gran mayoría de los sitios donde hay ganadería o criaderos de otros animales no existen medios para el aprovechamiento racional de los residuos de manera que son innumerables los vertederos donde se arrojan todos estos residuos contaminando el ambiente y perdiendo una energía de la cual tanto necesitamos. Sin embargo hay un gas que se puede obtener en las fincas o explotación ganadera como también en localidades que están lejos de poder tener cloacas disponibles y tienen que utilizar pozos sépticos para ocultar dichos desperdicios y es simplemente sometiendo el estiércol y otros residuos orgánicos, a un proceso de fermentación anaerobia, (en ausencia de oxigeno) ya que este proceso está al alcance de cualquier productor o comunidad organizada que quiera realizarlo. Este gas así obtenido lo denominamos biogás o gas metano puesto que es similar al gas de los pantanos, obtenido por la descomposición de toda la materia orgánica que se deposita en el mismo. Con este gas podemos prender cocinas y motores para generar electricidad.

II. DESARROLLO DEL TEMA 1. ¿QUE ES UN BIODIGESTOR? Un biodigestor es un sistema natural y ecológico que aprovecha la digestión anaeróbica (en ausencia de oxígeno) de las bacterias para transformar el estiércol en biogás y fertilizante. El biogás puede ser empleado como combustible en las cocinas, o iluminación, y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un motor que genere energía eléctrica. El fertilizante, llamado biol, inicialmente se ha considerado un producto

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BIODIGESTORES secundario, pero actualmente se está considerando de la misma importancia, o mayor, que el biogás ya que provee un fertilizante natural que mejora fuertemente el rendimiento de las cosechas. Son tres los límites básicos de los biodigestores: la disponibilidad de agua para hacer la mezcla con el estiércol que será introducida en el biodigestor, la cantidad de ganado que posea la familia (tres vacas son suficientes) y la apropiación de la tecnología por parte de la familia. Los biodigestores familiares de bajo costo han sido desarrollados y están ampliamente implantados en países del sureste asiático, pero en Sudamérica, solo países como Argentina, Cuba, Colombia y Brasil tienen desarrollada esta tecnología, otro países desarrollados están utilizando esta tecnología a principios, es decir, comienza utilizarla y puede usarse como un arma en guerras. Estos modelos de biodigestores familiares, construidos a partir de mangas de polietileno tubular, se caracterizan por su bajo costo, fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir sólo de materiales locales para su construcción. Por ello se consideran una ‘tecnología apropiada’.

2. ¿CÓMO DISEÑO UN BIODIGESTOR? Los biodigestores han de ser diseñados de acuerdo a su finalidad, a la disposición de ganado y tipo, y a la temperatura a la que van a trabajar. Un biodigestor puede ser diseñado para eliminar todo el estiércol producido en una granja de cerdos, o bien como herramientas de saneamiento básico en un colegio. Otro objetivo sería el de proveer de cinco horas de combustión en una cocina a una familia, para lo que ya sabemos que se requieren 20 kilos de estiércol fresco diariamente. Como se comentó anteriormente, el fertilizante líquido obtenido es muy preciado, y un biodigestor diseñado para tal fin ha permitir que la materia prima esté mayor tiempo en el interior de la cámara hermética así como reducir la mezcla con agua a 1:3. La temperatura ambiente en que va a trabajar el biodigestor indica el tiempo de retención necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. En ambientes de 30 ºC se requieren unos 10 días, a 20 ºC unos 25 y en altiplano, con invernadero, la temperatura de trabajo es de unos 10 ºC de media, y se requieren 55 días de tiempo de retención. Es por esto, que para una misma cantidad de materia prima entrante se requiere un volumen cinco veces mayor para la cámara hermética en el altiplano que en el trópico.

3. IMPORTANCIA DEL BIODIGESTOR Su importancia radica en el aprovechamiento de los desperdicios para producir energía renovable y de bajo costo. El fertilizante que se produce es excelente y tal vez más fácil de aprovechar que el gas. El biodigestor procesa los residuos orgánicos y acumula en un compartimento todo el gas obtenido, es lo que se denomina comúnmente Biogás siendo absolutamente apto para abastecer cualquier artefacto que se tenga en la casa o en el campo, llámense estos: cocina, horno, termotanque, estufas, lámparas o cualquier otro que funcione con gas envasado o de red. (Cuchillo Caytuiro, 2015).

4. ¿QUÉ ES EL BIOGAS? El gas metano es un hidrocarburo alcano más sencillo, contiene únicamente átomos de carbono e hidrógeno unidos por un enlace covalente. Es incoloro y no es soluble en agua. En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de las plantas, conocido tambien como Biogás. Este biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de

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BIODIGESTORES biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos (bacterias metano orgánicas, etc.), y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). El producto resultante está formado por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y otros gases en menor proporción. Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita. Se considera que este gas es más venenoso y mortífero que el gas en su estado normal.

5. EL BIOGÁS POR DESCOMPOSICIÓN ANAERÓBICA La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. El biogas tiene como promedio un poder calorífico entre 4.500 a 5.600 kilocalorías por m³. Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. Se llama biogás a la mezcla constituida por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 40% a un 70% y dióxido de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno ( H2S). EJ: *250 kilos de basura orgánica por día y la transforma en aproximadamente 25 metros cúbicos de biogás.

6. ESTRUCTURA DE UN BIODIGESTOR. Existen muchas variaciones en el diseño del biodigestor. Algunos elementos que comúnmente se incorporan son:      

Cámara de fermentación: El espacio donde se almacena la biomasa durante el proceso de descomposición. Cámara de almacén de gas: El espacio donde se acumula el biogás antes de ser extraído. Pila de carga: La entrada donde se coloca la biomasa. Pila de descarga: La salida, sirve para retirar los residuos que están gastados y ya no son útiles para el biogás, pero que se pueden utilizar como abono. Agitador: Desplaza los residuos que están en el fondo hacia arriba del biodigestor para aprovechar toda la biomasa. Tubería de gas: La salida del biogás. Se puede conectar directamente a una estufa o se puede transportar por medio de la misma tubería a su lugar de aprovechamiento.

7. Tipos de biodigestores y sus diseños 7.1.

Biodigestor discontinuo o sistema Batch Se cargan una sola vez y se retira cuando ya se ha dejado de producir gas, solo entonces se renueva de materia orgánica. Se usa cuando la disponibilidad de materia orgánica es limitada o intermitente. (Martinez, 2013)

7.2.

Olade de Guatemala (carga por lotes o batch) Esta clase de biodigestor, se carga o se llena una vez, y se descarga el contenido digerido, una vez que finaliza el proceso de fermentado, es decir, cuando deja de producir gas. Tiene un solo orificio para la carga y descarga. La duración de fermentación varía entre 2 a 4 meses, dependiendo del clima ya sea cálido, templado, frio, etc. ya que la temperatura afecta

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BIODIGESTORES directamente la velocidad de reacción dentro del reactor. La producción de biogás en este tipo de digestores es de 0,5 a 1,0 m3 biogas/m3 digestor. 7.3.

Biodigestor semi-continuo

7.3.1.

Hindu (cupula movil)

También llamado de domo flotante, en su parte superior presenta una campana o domo que se mantiene flotando en el líquido a causa del biogás que retiene en su interior. El domo puede ser de metal o preferiblemte de un material resistente a la corrosión como los plásticos reforzados. Esta campana sube y baja dependiendo del volumen de gas que contiene y por esto requiere una varilla guía central o rieles laterales que eviten el rozamiento contra las paredes de la estructura. 7.3.2.

Chino (cúpula fija)

Es originó en China y consiste en una estructura cerrada con cámaras de carga y descarga que puede ser construida de concreto armado o ladrillos. Tienen una larga vida útil (mayor a 15 años) con un adecuado mantenimiento. Sin embargo, el relativo alto costo que representa la construcción de este modelo hace que no se haya popularizado en países latinoamericanos tanto como otros diseños.

Taiwan (tubular) En este digestor, el gas se va acumulando en la parte superior de la bolsa reactor, parcialmente llena con materia orgánica en fermentación, la bolsa se va inflando lentamente con una presión baja. 7.4.

Biodigestor continuo Estos biodigestores son perfectos para personas con animales de granja en casa ya que se les da mantenimiento regularmente en pequeñas cantidades. El diseño continuo es el más común y apropiado para instalaciones chicas (tamaño hogar) ya que no requiere de conocimiento especializado ni maquinaria grande. (Guerrero, 2016)

7.4.1.

Desplazamiento horizontal

Son los que tienen una cámara de digestión alargada, con un perfil cuadrado, rectangular o en v, dependiendo de las características del terreno o convivencia. En este diseño, los residuos se van degradando a medida que transitan a lo largo del biodigestor. Esta característica lo hace útil en el procesamiento y aprovechamiento de residuos y materiales que requieran un tratamiento prolongado, tales como excretas humanas ciertos desperdicios de sacrificio de animales, cierto material vegetal muy fibroso o difícil de degradar. 7.5.

El sistema Biodigestor Autolimpiable El sistema Biodigestor Autolimpiable es un Sistema para el tratamiento primario de aguas residuales domésticas, mediante un proceso de retención y degradación séptica anaerobia de Yusseika Delgado Gustavo Chipana Gladys Laura Yessica Atencio

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BIODIGESTORES la manera orgánica. El agua tratada es infiltrada hacia el terreno aledaño mediante una zanja de infiltración, pozo de adsorción y/o humedal artificial según el tipo de terreno, prueba de permeabilidad. Es de material Polietileno 100% Virgen. Componentes: o Tubería PVC DE 4” para entrada de aguas negras. o Filtro biológico con aros de plástico (pets). o Tubería PVC de 2” para salidas de aguas tratadas al campo de infiltración o pozo de adsorción. o Válvula esférica para extracción de lodos tratados. o Tubería de 2” para evacuación de lodos. o Tapa clic de 18” para cierre hermético. o Base cónica para acumulación de lodos o Tubería de PVC de 4” de acceso directo a sistema interno para limpieza y/o desobstrucción con la finalidad de facilitar el mantenimiento del sistema al Usuario. 7.5.1.

Funcionamiento

 El agua residual doméstica entra por el tubo N° 1 hasta el fondo del Biodigestor, donde las bacterias empiezan la descomposición  Luego sube y pasa por el filtro N° 2, donde la materia orgánica que asciende es atrapada por las bacterias fijadas en los aros de plástico del filtro.  El agua tratada sale por el tubo N° 3 hacia el terreno aledaño mediante una zanja de infiltración, pozo de absorción o humedal artificial según el tipo de terreno y zona. 7.5.2. Recomendaciones para el uso correcto Recomendaciones para el uso correcto del Biodigestor Autolimpiable. Para el adecuado funcionamiento del Biodigestor Autolimpiable, no se debe arrojar papel, toallas higiénicas, bolsas u otros elementos indisolubles al inodoro, los cuales pueden afectar el adecuado funcionamiento del Biodigestor. Si necesita desinfectar la taza del inodoro, se aconseja hacerlo con lejía disuelta en agua o cualquier producto biodegradable para limpieza de inodoro, NUNCA CON ÁCIDO MURIÁTICO. 10. 7.5.3. Ventajas Ventajas Autolimpiable; no requiere de bombas ni medios mecánicos para la extracción de lodos, ya que con sólo abrir una válvula se extraen los lodos, eliminando costos y molestias de mantenimiento. Prefabricado; fácil de transportar e instalar. No genera olores, permitiendo instalarlo al interior o cerca de la vivienda. No se agrietan ni fisura como sucede con los sistemas tradicionales de concreto, confinando las aguas residuales domésticas de una forma segura, evitando contaminar los mantos freáticos. Mayor eficiencia en la remoción de constituyentes de las aguas residuales domésticas en comparación con sistemas tradicionales de concreto. Su base de forma cónica evita áreas muertas, asegurando la eliminación del lodo tratado.

7.6.

Ventajas del biodigestor continúo  Se puede controlar la digestión que es requerida por medio de la cantidad de biomasa depositada diariamente. 

La carga y descarga del biodigestor no requiere de operaciones especializadas. Yusseika Delgado Gustavo Chipana Gladys Laura Yessica Atencio

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BIODIGESTORES 7.7.

Desventajas del biodigestor continúo  Una baja concentración de sólidos que se pueden depositar adentro. 

No posee un buen diseño para tratar materiales que son más pesados que el agua (que no flotan), ya que no cuenta con un agitador.  Puede tener problemas de limpieza y espuma. 

7.8.    

7.9.

Un alto consumo de agua. Ventajas del biodigestor discontinuo Puede procesar gran cantidad de materiales y puede recogerse en campos abiertos sin importar si tiene materia seca pues esto no entorpece la operación del biodigestor. Puede llenarse con materiales secos que no absorben humedad (que floten en el agua) asi como pasto, cascara de frutas y desechos de alimentos. Se pueden manejar las variables relacionadas con la fermentación como la de la temperatura, tiempo de retención, carga depositada y los periodos de carga y descarga. No requiere atención diaria.

Desventajas del biodigestor discontinuo  Cargar el biodigestor requiere de mucho trabajo y paciencia.  La descarga del biodigestor también es un trabajo muy tedioso.

8. Método para generar biogás y su conversión en electricidad para instalaciones agropecuarias mayores El biogás proviene de una generación anaeróbica de metano, anhídrido carbónico, ácido sulfídrico y siloxanos, a partir de la descomposición de desechos orgánicos. Aproximadamente está compuesto de metano (CH4) 60%, anhídrido carbónico (CO2) 35%, de vapor de agua 4%, H2S 1% y trazas de otros hidrocarburos (Denker, 1966 y Pascual, 2011). Para su correcto uso deben ser eliminados: el CO2 por no ser combustible y de carácter tóxico, así como el H2S, que resulta corrosivo para los metales y tóxico para los humanos. Por lo dicho, es importante purificar el biogás, tanto por la salud de las personas como por la eficiencia del generador. La capacidad calorífica del metano es de 9,97 kW/m3, que es una cifra a considerar. Para purificación de gas en instalaciones de uso campesino, no es necesario usar equipos caros ni sofisticados; sin embargo, en instalaciones industriales debe emplearse purificadores acorde al volumen de producción. A nivel industrial se puede utilizar en calderas, para generar calor en calefactores, como combustible para vehículos, en motores conectados a generadores para producir electricidad, entre otros. Un desecho importante es el lodo ya digerido, como líquido o sólido que resulta una vez finalizado el proceso. Es un excelente material para fertilizar la tierra porque contiene elementos como nitrógeno, fósforo y potasio. El largo proceso anaeróbico destruye parásitos Yusseika Delgado Gustavo Chipana Gladys Laura Yessica Atencio 9

BIODIGESTORES intestinales, de esta manera el material efluente es mejorado biológicamente a partir de la fermentación. El valor energético de 1 m3 de biogás con un 60% de metano equivale a 0,7 litros de gasolina o 2,4 kW-hora de electricidad o 0,6 m3 de gas natural o 1,3 kg de madera. 8.1.

Instalación del sistema de producción de biogás Este método está diseñado para emplear los desechos el estiércol producidos en las criaderos de porcinos, lecherías y corrales de engorda. Consiste en la instalación de una laguna en las granjas o criaderos de animales. Esta laguna realmente es el biodigestor. Sobre el fondo de la excavación circular para la laguna, se instala una geomembrana de polietileno de alta densidad. Esta excavación tiene geometría lenticular la que se asegura y sella alrededor del perímetro del biodigestor. Debe emplearse la geomembrana porque es la más económica opción para evitar fugas de líquidos, no se ve afectada por los procesos de biodegradación del estiércol y por su gran resistencia a la radiación solar ultravioleta. Encima de la geomembrana del suelo se instala otra similar que hace las veces de cubierta. También debe ser sellada sobre la primera, empleando un anillo con sello de agua. La extracción de semi-sólidos es segura porque no se rompe el sello de retención del gas. Los efluentes del proceso de biodigestión se trasladan a otra laguna, que sirve para clarificar los desechos y luego emplearlos para otros fines agrícolas. El biogás obtenido se extrae de la parte superior de la “lenteja” o domo del biodigestor y se aprovecha para generar energía eléctrica (FIRCO, 2007 y Pascual, 2011).

8.2.

Limpieza del biogás y generación de electricidad Primeramente hay que limpiar el biogás extrayendo el CO2 y el H2S, lo que se hace mediante un sistema de torre de limpieza. Esta consiste en un depósito cilíndrico vertical rellena con pebbles (piedritas). Desde la parte inferior se bombea el gas y desde la superior de descarga a agua a presión por un sistema de regaderas. El metano sale puro por el sector alto y el CO2 con el H2S son disueltos y arrastrados por el agua. Este gas se guarda en un depósito separado, con sus correspondientes válvulas de seguridad y control. Luego se conecta la línea de metano a un motor acoplado a un generador. En México ha dado buen resultado la combinación de un motor inglés Econgas-Perkins de 6 cilindros y un generador WEG de 60 kW, síncrono sin escobillas, adecuado para trabajo continuo o intermitente (factor de potencia 0,8; 1.800 rpm; 220-240 V). Estos motogeneradores pueden entregar energía eléctrica mensual por un monto de 43.200 kW/h (60 kW x 24 horas x 30 días). Esto significa que para emplear esta capacidad instalada debe tener un suministro constante del metano. Estos motores tienen un consumo promedio de 22 m3/h. Este dato permite conocer el mínimo volumen donde puede ser empleado este

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BIODIGESTORES equipo. Si el motor trabaja las 24 horas, se requiere un suministro mínimo de 528 m3/día de metano o 15.841 m3/ mes. Cualquier proyecto debe superar este límite. También cabe considerar que se puede mejorar la eficiencia del sistema empleando los gases de escape del motor, así mediante un intercambiador de calor sencillo, calentar agua y trasladar esa energía al biodigestor (se acelera el proceso con la temperatura). Otra alternativa es acelerar el secado de los efluentes por medio del mismo sistema. Se destaca que el Fondo Mundial del Medio Ambiente (GEF) entrega aportes para este tipo de proyectos (FIRCO, 2007).

III. CONCLUSIONES En conclusión se pueden emplear diferentes sistemas de biodigestores de acuerdo a las necesidades sociales y económicas en zonas geográficas del mundo, optimizando costos en materiales, instrumentos y equipos para comunidades rurales o también para instalaciones a escala industrial, podemos afirmar que los biodigestores es una tecnología ecológica para obtener múltiples beneficios socioeconómicos y ambientales, para poder contribuir de esta manera a un desarrollo de la calidad de vida de la población rural.

IV. RECOMENDACIONES 

Una de las recomendaciones, es instalar este tipo de sistemas ecológicos en zonas rurales donde dependen directamente de la agricultura y ganadería para su sustento económico.



La instalación de un biodigestor económico puede tener un impacto inconstante.



La adopción de la técnica y los resultados exitosos depende de aspectos como localización (disponibilidad de combustible tradicional) y la manera en la que la tecnología se introduce, adapta y mejora según las condiciones locales y técnicas.

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V.

ANEXOS IMAGEN Nº1: biodigestor chino de estructura fija

IMAGEN Nº 2: biodigestor tipo hindú de campana flotante

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IMAGEN Nº 3: biodigestor autolimpiable , funciones.

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BIODIGESTORES IMAGEN Nº 4: biodigestor autolimpiable , esquema de instalacion (zanja de infiltracion)

IMAGEN Nº5: Esquema de instalación del Biodigestor Autolimpiable (Poza de Absorción)

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BIODIGESTORES

VI. Bibliografía Cuchillo Caytuiro, O. Z. (07 de mayo de 2015). civilgeeks.com. http://civilgeeks.com/2015/05/27/los-biodigestores-importancia-y-beneficios/

Obtenido

de

Guerrero, L. (26 de febrero de 2016). vida verde. Obtenido de http://vidaverde.about.com/od/Energiasrenovables/a/Que-Es-Un-Biodigestor.htm Guerrero, L. (23 de marzo de 2016). vida verde. Obtenido de http://vidaverde.about.com/od/Energiasrenovables/tp/Tipos-De-Biodigestores-Y-Sus-Disenos.htm Martinez, S. M. (2 de junio de 2013). BIOGAS. Obtenido de https://biogasenlaregion.jimdo.com/tipos-dedigestores/ http://www.proconsrl.com/pdfs/ficha-tecnica-biodigestor-rotoplas.pdf

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