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EMPLEO DE BIOGESTORES PARA PRODUCIR BIOGAS
DOMESTICO EN LAS CAPITANIAS DE PUERTO
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A. PROBLEMA.
1. Formulación del problema.
Según datos del Censo Nacional de Población y Vivienda realizado el año
2001, el 58% de la población es pobre, es decir, habitan viviendas que no
reúnen condiciones adecuadas, carecen de servicios básicos como agua
potable y saneamiento, emplean combustibles no adecuados para cocinar y
presentan inadecuada atención en salud1. De este porcentaje gran parte
reside en zonas rurales donde la cobertura de servicios básicos y energéticos
es menor en comparación con áreas urbanas.
En todo el país, tanto zonas urbanas como rurales los combustibles más
empleados para cocinar son: leña, guano, kerosén, gas licuado (garrafa), gas
natural por red, cáscara de castaña y otros, electricidad. En el área rural la
principal fuente de combustible para cocinar es la leña con un 66%, le sigue
el gas licuado (garrafa) con un 23%, un 4% emplean guano, 0,09% utilizan
kerosén, finalmente 0,06% emplean cáscara de castaña y otros2.
El país cuenta con Unidades asentadas por todo el territorio nacional,
especialmente en áreas rurales del país donde, como se mencionó
anteriormente, existe poca cobertura de servicios básicos y energéticos. A
cada una de las Unidades se destina personal de oficios generales quienes
por falta de combustible adecuado como gas licuado o electricidad se ven
obligados a emplear leña en la preparación de alimentos.
El empleo de este tipo de combustible representa un peligro para la salud del
personal porque el humo proveniente de fogatas es la principal causa de
infecciones respiratorias, y es que la nube de humo quema los pulmones e
irrita los ojos. Estas prácticas además de ser dañinas para la salud
1 Datos del Censo Nacional de Población y Vivienda 2001, Instituto Nacional de Estadística.
2 Encuesta continua de hogares Año 2006, datos del Anuario Estadístico 2007, Instituto Nacional de
Estadística.
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contribuyen con la deforestación de los bosques al ser necesaria la tala de
árboles para obtener leña.
Puesto que la provisión de otro tipo de combustible como gas licuado por
ejemplo resultaría demasiado costosa es necesario buscar otras opciones
económicas, amigables para el medio ambiente y la salud del personal. Una
alternativa para paliar la falta de gas licuado resulta ser la generación de
biogás.
En la mayoría de las poblaciones del oriente boliviano y en las mismas
Unidades, existen residuos de estiércol de ganado vacuno, y de otros
animales domésticos e incluso los desechos humanos, los mismos pueden
ser utilizados en un digestor de biogás doméstico, convirtiendo el excremento
humano, estiércol vacuno o de aves de corral en combustible apto para ser
usado en la cocina, y solventar así esta necesidad álgida.
La realidad de las Unidades (Capitanías de Puerto) correspondiente al
consumo de combustible, puede ser solucionada de manera óptima,
mediante la adquisición de un biodigestor, sin embargo, la compra de un
biodigestor en el mercado resulta costosa.
Esta realidad hace que el grupo de investigadores se formule el siguiente
problema de investigación.
¿De qué manera puede generarse biogás en las Capitanías de Puerto
del Oriente, para solucionar la necesidad de combustible para la
elaboración de alimentos?
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2. Preguntas de investigación.
- ¿Qué resultados obtuvieron proyectos similares a nivel nacional e
internacional?
- ¿Cuáles son los procesos que intervienen en la generación de biogás?
- ¿Qué características debe reunir el modelo de un biodigestor?
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3. Objetivos de la investigación.
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a. Objetivo general.
Proponer un modelo de Biodigestor para producir biogás doméstico
para las Capitanías de Puerto, que permita dar solución a la necesidad
de uso de combustible para la elaboración de alimentos.
b. Objetivos específicos.
- Describir los resultados obtenidos por proyectos similares a nivel
nacional e internacional.
- Identificar los procesos que intervienen en la generación de
biogás.
- Determinar las características que debe reunir el modelo de un
biodigestor.
4. Justificación o evaluación del problema.
La falta de adecuadas fuentes de combustible en zonas rurales obliga a los
pobladores a emplear leña, esta práctica trae serias consecuencias para la
salud de las personas y el medioambiente. Esta realidad se repite en las
Capitanías de Puerto donde el personal debe utilizar leña debido a la falta de
presupuesto para la adquisición de garrafas de gas licuado por ejemplo.
Puesto que el problema de la adquisición de combustible a precios elevados
seguirá creciendo resulta necesario encontrar alternativas no perjudiciales
para la salud de las personas ni el medio ambiente. Una opción económica,
saludable y amigable al medioambiente es la construcción de biodigestores
para la producción de biogás doméstico.
Actualmente en el mercado existen varios modelos de biodigestores cuyo
precio resulta elevado para las Unidades. No obstante, con un poco de
creatividad e iniciativa se pueden construir biodigestores de forma
económica.
La construcción de un biodigestor económico y eficiente no presenta
mayores complicaciones, esto lo han demostrado varios proyectos realizados
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por Organizaciones no Gubernamentales en áreas rurales de países como
Bolivia y Ecuador.
Entre los beneficios comprobados de emplear biodigestores destacan los
siguientes: reutilización de desechos, generación de energía económica,
producción de un fertilizante ecológico, además tiene efectos positivos en la
salud de las personas porque al sustituir la leña por gas no desprende humo
dañino al cocinar que afecte las vías respiratorias e irrite los ojos. El trabajo
físico que implica la búsqueda de leña se reduce. A nivel medioambiental, la
carga de estiércol diario del biodigestor elimina moscas y malos olores,
además de reducir enfermedades del ganado como la mastitis.
En los biodigestores se propone utilizar como residuos inorgánicos mezclas
de eses fecales humano, bosta de ganado vacuno estiércol, restos de
alimentos, verduras, frutas de rápida descomposición.
Por estas razones se considera como una alternativa para su construcción en
las capitanías de puerto, con la finalidad de solucionar la falta de combustible
y cuidar la salud del personal. En consecuencia esta iniciativa debe ser
aplicada.
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a. Conveniencia.
Un modelo de biodigestor será de utilidad porque especificará las
propiedades necesarias para su implementación en regiones del
Oriente donde se encuentran asentadas Capitanías de Puerto, también
servirá de referencia para el diseño de biodigestores en zonas con
diferentes características.
b. Relevancia institucional.
Los resultados de esta investigación serán de beneficio para la
Institución porque el modelo propondrá la construcción económica de
un biodigestor eficiente para la generación de biogás que podrá ser
utilizado en las Capitanías de Puerto donde es tan necesaria una fuente
de combustible que no perjudique la salud del personal.
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c. Implicaciones prácticas.
Los biodigestores ayudan a resolver problemas de gran importancia en
estos tiempos como la excesiva generación de desechos orgánicos, la
falta de fuentes alternativas de combustible, deforestación, problemas
de salud pública.
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d. Valor teórico.
Para el desarrollo de esta investigación se emplearán conocimientos y
técnicas desarrolladas con anterioridad. Además, se apoyará la idea de
que es posible generar combustible sin dañar el medio ambiente y a
precios económicos.
e. Utilidad metodológica.
En cuanto a la utilidad metodológica de la investigación, se contribuirá
con datos como relación entre la cantidad de combustible que puede
obtenerse de cierto volumen de desechos orgánicos bajo determinadas
condiciones climáticas.
5. Limitaciones de la investigación.
La construcción de biodigestores no se circunscribe a una zona en particular,
por tanto el presente trabajo se limita al área geográfica de todas las
Capitanías de Puerto.
Sin embargo, de acuerdo con la bibliografía consultada conseguir óptimos
resultados en la obtención de biogás depende en gran medida de la
temperatura existente, por tanto, esta característica climatológica constituye
una limitación en la zona altiplánica.
B. MARCO TEÓRICO.
1. Antecedentes teóricos del problema.
La implementación de biodigestores en áreas rurales del país se realiza
desde el año 2001 por la ONG denominada “Tecnologías en Desarrollo”.
Actualmente esta organización trabaja en 7 Municipios rurales del
departamento de Cochabamba y un Municipio en el departamento de Pando.
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A nivel Institucional no se tienen proyectos relacionados con el tema.
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2. Bases teóricas.
Primeros usos.
La falta de combustibles amigables al medioambiente y a la salud de las
personas resulta ser un problema recurrente en zonas rurales de países
tercermundistas como Bolivia, es así que durante los últimos años diferentes
organizaciones han implementando con mucho éxito biodigestores para
proveer de gas a poblaciones rurales.
Aunque las primeras menciones sobre biogás se remontan al 1.600
identificados por varios científicos como un gas proveniente de la
descomposición de la materia orgánica, es en el año 1890 cuando se
construye el primer biodigestor a escala real en la India. Seis años mas tarde
en Exeter, Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas
por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los lodos cloacales
de la ciudad.
Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en Europa las llamadas
fábricas productoras de biogás cuyo producto se empleaba en tractores y
automóviles de la época. En todo el mundo se difunden los denominados
tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. Se utilizó el
gas producido para el funcionamiento de las propias plantas, en vehículos
municipales y en algunas ciudades se llegó a inyectar en la red de gas
comunal.
Durante los años de la segunda guerra mundial comienza la difusión de los
biodigestores a nivel rural tanto en Europa como en China e India que se
transforman en líderes en la materia.
Esta difusión se ve interrumpida por el fácil acceso a los combustibles fósiles
y recién en la crisis energética de la década del 70 se reinicia con gran
ímpetu la investigación y extensión en todo el mundo incluyendo la mayoría
de los países latinoamericanos.
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Los últimos 20 años han sido fructíferos en cuanto a descubrimientos sobre
el funcionamiento del proceso microbiológico y bioquímico gracias al nuevo
material de laboratorio que permitió el estudio de los microorganismos
intervinientes en condiciones anaeróbicas.
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Producción de biogás3.
Con el término biogás se designa a la mezcla de gases resultantes de la
descomposición de la materia orgánica realizada por acción bacteriana en
condiciones anaerobias.
Los principales componentes del biogás son el metano (CH4) y el dióxido de
carbono (CO2). Aunque la composición del biogás varía de acuerdo a la
biomasa utilizada, su composición aproximada se presenta a continuación:
Metano, CH4 40 - 70% volumen
Dióxido de carbono, CO2 30 – 60
Sulfuro de hidrógeno, H2S 0 – 3
Hidrógeno, H2 0 – 1
El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere las
características combustibles al mismo. El valor energético del biogás por lo
tanto estará determinado por la concentración de metano - alrededor de 20 –
25 MJ/m3, comparado con 33 – 38MJ/m3 para el gas natural.
A pequeña y mediana escala, el biogás ha sido utilizado en combustión
directa en estufas simples en la cocción de alimentos, atenuando de esta
manera la presión sobre los materiales dendroenergéticos (i.e., madera, leña,
carbón vegetal)2 y/o representando un ahorro para el agricultor por no tener
que comprar gas natural comercial. Sin embargo, también puede ser utilizado
para iluminación (i.e., lámparas de gas o a gasolina), para calefacción y
refrigeradoras.
3 BOTERO, Preston. 1987 Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y fertilizante a
partir de excretas. Manuscrito ineditado: CIPAV, Cali, Colombia. http://
www.utafoundation.org/publications/botero&preston.pdf
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También el biogás puede ser utilizado como combustible para motores diesel
y a gasolina, a partir de los cuales se puede producir energía eléctrica por
medio de un generador. En el caso de los motores diesel, el biogás puede
reemplazar hasta el 80% del o diesel (la baja capacidad de ignición del
biogás no permite reemplazar la totalidad del diessel en este tipo de motores
que carecen de bujía para la combustión). Aunque en los motores a gasolina
el biogás puede reemplazar la totalidad de la misma, en general en los
proyectos a nivel agropecuario se le ha dado preferencia a los motores diesel
considerando que se trata de un motor más resistente y que se encuentra
con mayor frecuencia en el medio rural.
Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para:
- Generar 1.25 kw/h de electricidad.
- Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt.
- Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora.
- Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30
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minutos.
- Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas
Biodigestores familiares de bajo costo4.
Este modelo de biodigestor consiste en aprovechar el polietileno tubular (de
color negro en este caso) empleado en su color natural transparente en
carpas solares, para disponer de una cámara de varios metros cúbicos
herméticamente aislada. Este hermetismo es esencial para que se produzca
la reacciones biológicas anaeróbias.
El film de polietileno tubular se amarra por sus extremos a tuberías de
conducción, de unas seis pulgadas de diámetro, con tiras de liga recicladas
de las cámaras de las ruedas de los autos. Con este sistema, calculando
convenientemente la inclinación de dichos tuberías, se obtiene un tanque
4 HERRERO, Marti J. 2007: Experiencia de transferencia tecnológica de biodigestores familiares en
Bolivia. http://www.cipav.org.co/lrrd/lrrd19/12/mart19192.htm
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hermético. Al ser flexible el polietileno tubular es necesario construir una
‘cuna’ que lo albergue, ya sea cavando una zanja o levantando dos paredes
paralelas. Una de las tuberías servirá como entrada de materia prima
(mezcla de estiércol con agua de 1:4). En el biodigestor se alcanza
finalmente un equilibrio de nivel hidráulico, por el cual, tanta cantidad de
estiércol mezclado con agua es agregada, tanta cantidad de fertilizante sale
por la tubería del otro extremo.
Debido a la ausencia de oxígeno en el interior de la cámara hermética, las
bacterias anaerobias contenidas en el propio estiércol comienzan a digerirlo.
Primeramente se produce una fase de hidrólisis y fermentación,
posteriormente una acetogénesis y finalmente la metanogénesis por la cual
se produce metano. El producto gaseoso llamado biogás, realmente tiene
otros gases en su composición como son dióxido de carbono (20-40%),
nitrógeno molecular (2-3%) y sulfhídrico (0,5-2%), siendo el metano el más
abundante con un 60-80%.
La conducción de biogás hasta la cocina se hace directa, manteniendo todo
el sistema a la misma presión: entre 8 y 13 cm de columna de agua
dependiendo la altura y el tipo de fogón. Esta presión se alcanza
incorporando en la conducción una válvula de seguridad construida a partir
de una botella de refresco. Se incluye un ‘tee’ en la conducción, y mientras
sigue la línea de gas, el tercer extremo de la tubería se introduce en el agua
contenido en la botella de 8 a 13 cm. También se añade un reservorio, o
almacén de biogás, en la conducción, permitiendo almacenar unos 2 a 3
metros cúbicos de biogás.
Estos sistemas adaptados para altiplano han de ser ubicados en ‘cunas’
enterradas para aprovechar la inercia térmica del suelo, o bien dos paredes
gruesas de adobe en caso que no se pueda cavar. Además se les encierra a
los biodigestores en un invernadero de un sola agua, soportado sobre las
paredes laterales de adobe. En el caso de biodigestores de trópico o valle, el
invernadero es innecesario pero se ha de proteger el plástico con una
semisombra.
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10. Documento elaborado con fines académicos
Los costes en materiales de un biodigestor pueden variar de 110 dólares
para trópico a 170 dólares para altiplano, ya que en la altura tienen mayores
dimensiones y requieren de carpa solar.
Ventajas del empleo de biodigestores.
En definitiva los biodigestores ofrecen una serie de ventajas
medioambientales y económicas:
- Producen biogás, que puede ser usado como combustible para, por
ejemplo, cocinar alimentos sin que adquieran un olor o sabor extraño. Al
utilizar esta fuente de energía se evita el uso de leña, contribuyendo a
la disminución de la deforestación.
- Permiten aprovechar los excrementos, evitan problemas de
contaminación de aguas, malos olores o criadero de insectos y
controlan los microorganismos capaces de generar enfermedades
(patógenos).
- Mejoran la capacidad fertilizante del estiércol. El lodo producido en el
proceso genera un efluente rico en nutrientes como nitrógeno, fósforo,
potasio o magnesio, que son aprovechados directamente por las
plantas. De esta manera, se permite el tratamiento de los desechos
orgánicos de las explotaciones agropecuarias y disminuye su carga
contaminante.
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3. Bases legales.
- Constitución Política del Estado5.
La Nueva Constitución Política del Estado se encuentra orientada a mejorar
la calidad de vida de las personas mediante la promoción de políticas
públicas, incluso el modelo económico propuesto tiene la finalidad de mejorar
la calidad de vida. La construcción de biodigestores para la generación de
biogás en áreas rurales del país persigue el mismo objetivo al proveer de un
5 Nueva Constitución Política del Estado, Bolivia, Octubre de 2008.
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Biodigestor: dispositivo en el que se llevan a cabo los procesos de
transformación de la materia orgánica para la obtención de biogás,
constituyéndose en el componente principal y más importante del sistema.
Un biodigestor de desechos orgánicos o biodigestor es, en su forma más
simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor),
dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos
animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen cítricos ya que
acidifican-, etcétera) en determinada dilución de agua para que se
descomponga, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en
nitrógeno, fósforo y potasio10.
Biodigestión: Este fenómeno ocurre, porque existe un grupo de
microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en el material fecal, que
al actuar sobre los desechos orgánicos de origen vegetal y animal, producen
una mezcla de gases con alto contenido de metano, llamada biogás,
sumamente eficiente si se emplea como combustible. El resultado de este
proceso genera residuos con un alto grado de concentración de nutrientes y
materia orgánica, (ideales como fertilizantes) que pueden ser aplicados
frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la
proliferación de moscas11.
Combustible: sustancia que reacciona químicamente con otra sustancia
para producir calor. El término combustible se limita por lo general a aquellas
sustancias que arden fácilmente en aire u oxígeno emitiendo grandes
cantidades de calor. Los combustibles se utilizan para calentar, para producir
vapor con el fin de obtener calor y energía12.
Desechos Orgánicos: “son el conjunto de residuos orgánicos producidos
por los seres humanos, ganado, etc. Incluyen heces y otros materiales que
pueden ser descompuestos por bacterias aeróbicas, es decir en procesos
con consumo de oxígeno. Cuando este tipo de desechos se encuentran en
exceso, la proliferación de bacterias agota el oxígeno, y ya no pueden vivir en
10 Ibidem.
11 Ibid.
12 Diccionario Enciclopédico ilustrado SOPENA”, Barcelona, Ed. Ramón Sopena S.A., 1999.
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13. Documento elaborado con fines académicos
estas aguas peces y otros seres vivos que necesitan oxígeno. Buenos
índices para medir la contaminación por desechos orgánicos son la cantidad
de oxigeno disuelto, OD, en agua, o la DBO (Demanda Biológica de
oxigeno)”13.
Medio Ambiente: “todo lo que nos rodea, comprendiendo al hombre en este
medio. Conjunto de factores de los seres vivos”14.
Metano: hidrocarburo compuesto de carbono e hidrógeno, primer miembro
de la serie de los alcanos de fórmula CH4. Llamado gas de los pantanos es
más ligero que el aire, incoloro, inodoro e inflamable. Se encuentra en el gas
natural, como en el gas grisú de las minas de carbón, en los procesos de las
refinerías de petróleo, y como producto de la descomposición de la materia
en los pantanos. El metano es apreciado como combustible15.
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C. METODOLOGÍA.
1. Unidad de análisis, población y muestra.
a. Unidad de análisis.
La unidad de análisis lo constituyen los Alumnos de ECASOF.
b. Población.
La población está constituido por 46 SOE’s
c. Muestra.
Debido a que la población es reducida, no se utilizara muestra, es decir,
se trabajará con toda la población.
2. Tipo de investigación.
El proceso de investigación atravesará por las siguientes etapas:
exploratoria, descriptiva, y finalmente correlacional.
Como en toda investigación inicialmente es necesario buscar trabajos
relacionados con el tema de investigación para ahondar en el mismo, de esta
13 Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS).
14 Ley del medio ambiente N° 1333 - 27 de abril de 1992
15 Diccionario Enciclopédico ilustrado SOPENA”, Barcelona, Ed. Ramón Sopena S.A., 1999.
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forma se encontraron proyectos de construcción de biodigestores en zonas
rurales tanto a nivel internacional como nacional realizados por
Organizaciones privadas.
Posteriormente se describirán las propiedades de los fenómenos en estudio
y, finalmente se determinará la relación existente entre las variables es
estudio.
Documento elaborado con fines académicos
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3. Instrumentos.
Los instrumentos que se emplearán en el proceso de investigación serán los
siguientes: cuestionarios de preguntas, libreta de apuntes, de igual forma se
utilizarán fichas bibliográficas.
4. Técnicas de recolección de datos.
Las técnicas a emplearse para la recolección de información serán: la
revisión documental, el análisis bibliográfico, las encuestas y la aplicación de
entrevistas estructuradas.
5. Técnicas de análisis.
En primer lugar se codificarán los datos obtenidos mediante la aplicación del
instrumento de recolección de información, es decir, el cuestionario. Luego
esta información será transferida a una matriz.
Posteriormente se realizará un análisis de las variables individualmente
empleando la estadística descriptiva.
D. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS.
1. Recursos humanos.
Se determinó que los cinco integrantes del grupo serán suficientes para el
desarrollo de todo el trabajo.
2. Recursos institucionales.
Se determino que no será necesario el empleo de recursos institucionales.
3. Presupuesto.
15. Documento elaborado con fines académicos
El presupuesto se detallará en el Anexo “Charlie”.
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4. Cronograma.
El cronograma de actividades de detallará en el Anexo “Delta”.
5. Temario tentativo.
CAPÍTULO I
Marco teórico.
Marco legal.
CAPÍTULO II
Experiencias obtenidas en proyectos de generación de biogás.
Experiencias en el ámbito internacional.
Experiencias en el ámbito nacional.
CAPÍTULO III
Procesos que intervienen en la generación de biogás.
Procesos aerobios.
Procesos anaerobios.
CAPÍTULO IV
Propuesta.
Características del modelo de un biodigestor.
CAPÍTULO V
Conclusiones.
Recomendaciones.
E. ANEXOS.
Anexo “Alfa” Matriz de Consistencia.
Anexo “Bravo” Instrumento de recolección de información
16. Documento elaborado con fines académicos
Documento elaborado con fines académicos
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Anexo “Charlie” Presupuesto.
Anexo “Delta” Cronograma.
F. BIBLIOGRAFÍA.
MEJÍA, Raúl. 2005. Metodología de la Investigación. Editorial Artes Gráficas
Sagitario, La Paz, Bolivia.
HERNÁNDEZ R., FERNÁNDEZ C. Y BAPTISTA P. 1998. Metodología de la
Investigación. Mc Graw Hill Interamerica Editores, S.A. de C.V. México, D.F.
Instituto Nacional de Estadística, datos del Censo Nacional de Población y
Vivienda 2001.
Instituto Nacional de Estadística, datos del Anuario Estadístico 2007.
BOTERO, Preston. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de
combustible y fertilizante a partir de excretas. Manuscrito ineditado: CIPAV, Cali,
Colombia. http:// www.utafoundation.org/publications/botero&preston.pdf
HERRERO, Marti J. 2007: Experiencia de transferencia tecnológica de
biodigestores familiares en Bolivia.
http://www.cipav.org.co/lrrd/lrrd19/12/mart19192.htm
Diccionario Enciclopédico ilustrado SOPENA”, Barcelona, Ed. Ramón Sopena
S.A., 1999.
Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS).
Nueva Constitución Política del Estado, Bolivia, Octubre de 2008.
Ley Orgánica, Tarija, 30 de Diciembre de 1992.
Ley del Medio Ambiente, 23 de Marzo de 2002.