IMPLEMENTACION_DE_UN_SISTEMA_PARA_GENERAR_ELECTRIC

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IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PARA GENERAR ELECTRICIDAD A PARTIR
DE BIOGÁS EN LA FINCA PECUARIA INTEGRADA DE EARTH
Article · December 2007
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Jorge Vinicio Murillo
INCAE Business School
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Tierra Tropical (2007) 3 (2): 129-138 
 
ISSN: 1659-2751 
IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PARA GENERAR 
ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOGÁS EN LA FINCA PECUARIA 
INTEGRADA DE EARTH 
J. E. Coto, J. J. Maldonado, R. Botero1, J. V. Murillo 
Universidad EARTH 
Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica 
Recibido 19 de enero 2006. Aceptado 11 de diciembre 2007. 
RESUMEN 
Este estudio se realizó con el objetivo de diseñar e instalar un sistema integrado para aprovechar 
la producción de biogás proveniente de las excretas de animales para la posterior generación de 
energía eléctrica. Se realizaron pruebas con el biogás, para medir su concentración de metano y 
para disminuir el H2S (ácido sulfhídrico), CO2 (dióxido de carbono) y CO (monóxido de 
carbono), los cuales son tóxicos, reducen la calidad del biogás como combustible y corroen el 
metal de los cilindros de los motores, en los que se utilice el biogás, para la generación de 
energía eléctrica. El filtrado se realizó por medio de suspensiones en agua de CaO (óxido de 
calcio), Ca(OH)2 (hidróxido de calcio) y CaSO4 (sulfato de calcio), además de con un filtro seco 
de limadura de hierro, utilizado exclusivamente para disminuir la concentración de ácido 
sulfhídrico (H2S) contenidos, todos ellos, normalmente en el biogás. Se obtuvo como resultado 
que el filtro de limadura de hierro no disminuyó la concentración del H2S en el biogás; en 
cambio, el burbujeo del biogás dentro la solución líquida contenida en el filtro de óxido de calcio 
disminuyó notoriamente los contenidos del H2S, CO2 y CO presentes en el biogás. Se concluyó 
que el mejor filtro para retener estos gases indeseables es el de CaO. 
Palabras clave: Ácido sulfhídrico, biodigestores, biogás, dióxido de carbono, energía, limadura 
de hierro, monóxido de carbono, óxido de calcio. 
ABSTRACT 
The objective of this study was to design and install an integrated biodigester system for the 
production of biogas from animal manure and for subsequent generation of electrical energy. 
Tests with biogas were carried out to reduce the content of H2S (hydrogen sulfide), CO2 (carbon 
dioxide) and CO (carbon monoxide). CaO (calcium oxide), Ca(OH)2 (calcium hydroxide) and 
CaSO4 (calcium sulfate) suspensions were used as filters, along with an iron fractions filter, used 
exclusively to diminish the concentration of H2S (hydrogen sulfide). Results obtained showed 
that the iron fractions filter did not reduce the concentration of the H2S in the biogas; instead, it 
was the bubbling of the biogas inside the liquid solution contained in the calcium oxide filter that 
reduced considerably the concentration of H2S, CO2 and CO present in the biogas. In conclusion, 
the best filter to retain these undesirable gases is the CaO solution. 
 
1 Contacto: Raúl Botero (rbotero@earth.ac.cr) 
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Key words: Hydrogen sulfide, biodigesters, biogas, carbon dioxide, energy, iron fraction filter, 
carbon monoxide, calcium oxide. 
INTRODUCCIÓN 
En la actualidad, la humanidad se está viendo afectada por la emisión al ambiente de gases con 
efecto invernadero, tales como son el CH4 (metano), el CO (monóxido de carbono) y el CO2 
(dióxido de carbono). Estos gases causan el efecto del calentamiento global del planeta. Este 
calentamiento es atribuido en parte a la actividad agrícola (Rodríguez y González, 1990). Los 
bovinos tiene un aparato digestivo que, por sus características fisiológicas, produce CH4, un gas 
que favorece al efecto de invernadero (Carmona et al., 2005). El CH4 contribuye con cerca del 
18 % del calentamiento global de la tierra generado por los animales domésticos. 
Desde el año 1997, el Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción 
Agropecuaria (CIPAV), con sede en Colombia, inició un proyecto sobre la utilización del biogás 
para la generación eléctrica, al reemplazar parcialmente el combustible fósil por biogás en 
motores con generadores de energía eléctrica, mediante el uso de biogás producido en 
biodigestores plásticos tubulares como combustible para esos motores (Zapata, 1998). El 
potencial del biogás se encuentra en el CH4 que posee, ya que éste ocupa entre un 50 % y un 
70 % en la composición total del biogás. 
El biogás puede usarse para reemplazar la gasolina o el diesel en motores de combustión interna 
(FAO, 1986; Zapata, 1998). En el caso de motores de gasolina, puede reemplazarse el 100 % de 
este combustible. En motores diesel, solamente puede sustituirse como máximo un 80 % del 
combustible, debido a que el biogás no es explosivo por compresión. Este tipo de motor carece 
de bujías, las cuales se encargan de producir la chispa inicial que causa la explosión dentro de la 
cámara de combustión. 
En vista de que en la Universidad EARTH existe una fuente de emisión de biogás, como 
producto de la descomposición de excretas animales, provenientes del lavado de los pisos de los 
alojamientos para bovinos y cerdos, se ve la necesidad de mantener permanentemente un sistema 
que atrape el biogás y lo aproveche mediante la generación de electricidad. De esta forma se 
procura contar con una fuente alternativa de energía y a la vez disminuir la liberación al 
ambiente de gases de efecto invernadero. Por esta razón, en esta investigación se diseñó e instaló 
un sistema que permitiera captar la producción de biogásproveniente de las excretas animales 
descompuestas en biodigestores de la Finca Pecuaria Integrada (FPI) de la universidad. Como 
parte del diseño, se buscaron filtros que disminuyeran la concentración de gases indeseables 
como el H2S, CO2 y CO. Se pretende así la generación de energía eléctrica, mediante la 
utilización de biodigestores plásticos tubulares, tipo Taiwán. 
MATERIALES Y MÉTODOS 
La instalación de tres biodigestores tubulares plásticos tipo Taiwán se realizó mediante la 
metodología propuesta por Botero y Preston (1987) y Chara y Pedraza (2002), pero modificada 
en la campana de almacenamiento de biogás, con sólo un 10 % de la capacidad total de la bolsa 
tubular usada y no con un 25 %, como se utiliza en el modelo general. La construcción de la fosa 
del biodigestor instalado en la lechería de la FPI se realizó con una retroexcavadora. Luego se 
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procedió a extender la bolsa tubular para introducirla a la fosa y colocarle alcantarillas de 18 
pulgadas, como entradas y salidas. Los biodigestores que existían en la porqueriza de la FPI se 
cambiaron por unos nuevos, utilizando la misma metodología de instalación de biodigestores 
mencionada anteriormente. 
La instalación de la tubería para el filtrado y la conducción de biogás se realizó con accesorios de 
PVC de 3 pulgadas (8 cm), interconectando los tres biodigestores a dos reservorios. Los 
reservorios fueron elaborados, cada uno de ellos, con bolsa doble de polietileno tubular 
transparente, con un calibre de 8 milímetros de espesor, con 8 metros de circunferencia y con 20 
metros de longitud. Ambos reservorios fueron cubiertos individualmente, para su protección y 
sostén con láminas de polipropileno que se amarraron y fijaron con manilas de nylon al cielo 
raso del techo, a lo largo de toda la estructura. 
Para realizar las mediciones del CO y CO2 contenidos en el biogás, fue necesario hacer que el 
biogás producido por los biodigestores burbujeara individualmente en tres suspensiones líquidas 
diferentes. Las suspensiones usadas fueron CaO (óxido de calcio), Ca(OH)2 (hidróxido de calcio) 
y CaSO4 (sulfato de calcio) en agua. Las proporciones usadas fueron de tres partes de agua y una 
parte (en peso) del compuesto a probar. Cada suspensión fue colocada en recipientes plásticos 
provistos de dos agujeros donde se colocarían las tuberías de entrada y de salida del biogás. El 
sulfato de calcio (yeso), al mezclarse con agua, se solidificó e impidió su utilización. En cuanto a 
las pruebas para la disminución del H2S, se necesitó hacer pasar el biogás producido por un filtro 
artesanal construido con tubos de PVC de 4 pulgadas (10 cm), relleno de alambrinas de hierro y 
el CaO se uso también como filtro para el H2S. Las mediciones del CH4 y del H2S se hicieron 
antes y después del filtro de limadura, también antes y después del filtro de CaO y cada una de 
las mediciones se realizaron en un tiempo promedio de 12 minutos. 
La medición de la disminución de las concentraciones de CO y CO2 en el biogás se realizó por 
medio de un medidor manual infrarrojo de CH4 (InfraRed Methane Monitor 0-100 %), 
asumiendo que el aumento en la concentración de CH4 correspondía directamente a la 
disminución de la concentración de estos gases indeseables. La medición de la concentración de 
H2S (ácido sulfhídrico) se realizó por medio de un medidor manual infrarrojo de H2S modelo 
Z-900. 
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
Cuando se busca usar el biogás para producir electricidad se debe pensar en construir un sistema 
de producción y almacenamiento. Pero antes de hacerlo es necesario diseñar el sistema tomando 
en cuenta factores de espacio y disponibilidad económica. Se instaló un biodigestor de ocho 
metros de circunferencia en la lechería, alimentado exclusivamente con excretas bovinas. Se 
instaló en una nueva forma, la cual consiste en dejar un 10 % de campana para almacenamiento 
de biogás y no un 25 % como en los demás biodigestores que posee actualmente la Universidad 
EARTH (Figura 1a). La disminución del tamaño de la campana de almacenamiento de biogás se 
debe a que de esta manera es posible procesar mayor cantidad de excretas y almacenar el biogás 
en un sitio más cercano a su utilización, en los motores de generación de electricidad. 
 
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Figura 1. Biodigestores de lechería, porqueriza y bolsas reservorios en funcionamiento, una vez 
instalado el nuevo sistema. 
Dos biodigestores más, que son alimentados exclusivamente con excretas de cerdo, fueron 
instalados en la porqueriza (Figura 1b). Estos biodigestores también poseen un 10 % de campa 
de almacenamiento, al igual que el de la lechería. Este cambio en la forma de los biodigestores 
tipo Taiwán respecto a lo recomendado por Botero y Preston (1987) eleva los costos de 
instalación, ya que es necesario incrementar el tamaño de la fosa para instalar el biodigestor. El 
incremento de la profundidad de la fosa es necesario hacerla con maquinaria, debido a que a una 
persona se le dificulta mucho sacar la tierra de la fosa más profunda. La profundidad en esta fosa 
sobrepasa el 1,30 m, y en el caso de la fosa para el biodigestor de lechería hasta los 2,10 m. 
Se instalaron también dos bolsas reservorios que tienen la capacidad individual de almacenar 
hasta 109 m3 de biogás (CH4) cada una (Figura 1c). Estas bolsas están colocadas sobre los 
biodigestores de la porqueriza de la FPI, suspendidas del cielo raso del techo con manilas de 
nylon, por medio de una lámina o manteado llamando Gran Cover Plastic que las cubre y 
protege. Para esto fue necesario hacer una adecuación de la galera de la porqueriza de la FPI, ya 
que se buscaba tener una mayor protección de las bolsas reservorios y una mayor durabilidad de 
las mismas. Las bolsas reservorios se conectaron a los biodigestores por medio de un sistema de 
conducción de tubos de PVC de tres pulgadas. Estas bolsas fueron adecuadas además con 
válvulas de seguridad para poder manipular fácilmente el paso del biogás desde los biodigestores 
y desde éstas hacia los motores. La ubicación de las bolsas reservorios en la galera de la 
porqueriza se debió a que los motores con generadores de energía eléctrica, en un futuro, serán 
colocados cerca de este lugar. Las bolsas reservorios fueron diseñadas con válvulas de seguridad, 
para poder controlar de forma manual y fácilmente el paso del biogás hacia el filtro, luego hacia 
las bolsas de almacenamiento y finalmente hacia los motores. 
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En el biogás existe normalmente alrededor de un 30 % de CO2 y CO y un 1 % de H2S. Al entrar 
en contacto con de agua, estos gases forman ácidos que son capaces de corroer las estructuras 
metálicas internas de motores, si se usa el biogás como combustible en motores de combustión 
interna. Por tal razón, se evaluaron diferentes filtros para disminuir la concentración de estos 
gases presentes en el biogás. Para determinar el mejor compuesto a utilizar como filtro para 
capturar el CO2, el CO y el ácido sulfhídrico del biogás, se hicieron pruebas con CaO y Ca(OH)2 
con y sin agitación (Cuadro 1). La disminución en el contenido de CO, CO2 y H2S con el filtro 
líquido de CaO fue mayor, comparada con el filtro de Ca(OH)2. Sin agitar las suspensiones, se 
obtuvo un aumento del 9 % en la concentración del CH4 en el biogás. Para el caso del CaO, sólo 
se logró un 4 % de aumento en la concentración del CH4 en el biogás. El aumento en la 
concentración de CH4 se relacionó directamente con la retención del CO2 y del CO por parte de 
las suspensiones. Esta retención ocurre al reaccionar el CO2 con los compuestos probados, 
mediante las siguientes reacciones: 
CaO H O Ca(OH)
Ca(OH) CO Ca(CO) H O
Ca(OH) H O CO O Ca(CO) H O
2 2
2 2 3 2
2 2 2 3 2
+ →
+ → +
+ + + → + 
Cuadro 1. Resultados de cuatro pruebas por cada tratamiento para identificar el compuesto a 
utilizar como filtro paracapturar el CO, el CO2 y el H2S en el biogás. 
Compuestos Mediciones CH4 (%) H2S (ppm) 
 Antes de Filtración 79,4 67,1 
CaO Sin Agitación 86,6 11,5 
 Con Agitación 91,4 3,2 
Ca(OH)2 Sin Agitación 82,6 67,1 
 Con Agitación 84,0 2,4 
 
Con estas pruebas sólo se trabajaría hasta cuando la suspensión dejara de mantener la pureza del 
metano arriba del 90% y el acido sulfhídrico por debajo de las 10 ppm. Los motores de 
combustión interna pueden trabajar con un biogás que contenga hasta 50 % de CH4 o más; pero 
si se pueden aumentar las concentraciones del CH4 en el biogás, se propiciaría una mayor 
eficiencia del motor y su generador (FAO, 1986). No es recomendable que se elimine por 
completo el CO2 y el CO del biogás, ya que estos compuestos impiden que el biogás detone 
cuando se somete a compresión. Pero a la vez, si existe una cantidad excesiva (>45 % por 
volumen) provoca una pérdida en fuerza de los motores (FAO, 1986). El ácido sulfhídrico se 
debe mantener en 10 ppm o menos para así poder alargar la vida útil de las bujías del motor y 
evitar la corrosión interna de las piezas metálicas del motor (FAO, 1986). 
 
134 Coto et al. / Tierra Tropical (2007) 3 (2): 129-138 
Por esta razón, es necesario hacer y evaluar un filtrado del biogás para disminuir la cantidad de 
CO2 y CO del biogás. El CaO disuelto en agua logra aumentar las concentraciones de CH4 en el 
biogás que sale de los biodigestores, pasando de un 82,7 % a un 91,2 % de CH4 reteniendo así el 
CO2 y CO en un 8,5 %, en base al biogás (Figura 2). Después de haber transcurrido 101 minutos 
desde que se inició la filtración del biogás, la concentración del CH4 en el biogás bajó a 89 %. 
Esto indica un resultado alto de purificación, comparándolo con el porcentaje de CH4 en el 
biogás que sale inicialmente de los biodigestores y entra al filtro. Sin embargo, por ser este 
porcentaje menor que el 90 % propuesto para esta investigación, se considera que allí pierde 
efecto el filtro. 
78
80
82
84
86
88
90
92
27 101 176 250 339 384
Tiempo acumulado (minutos)
M
et
an
o 
(%
)
Inicial Después de alambrina de hierro Después del CaO disuelto en agua
 
Figura 2. Evaluación del tiempo de efectividad de los filtros para disminuir la cantidad de CO2 y 
CO en el biogás. 
El biogás que se hizo pasar a través del filtro seco de limadura de hierro, que contenía las 
alambrinas en su interior, presentó un pequeño aumento del 2 % en la concentración de CH4, con 
respecto a la concentración de este compuesto en el biogás que ingresa a dicho filtro (Figura 2). 
Este aumento del CH4 después de pasar el biogás a través del filtro de limadura de hierro se 
atribuye a que dicho filtro de limadura estaba muy cerca del filtro de CaO, lo cual pudo provocar 
que parte del biogás tratado regresara por la tubería, provocando una distorsión en las lecturas 
tomadas con el medidor. Por tal razón, se puede decir que el filtro de limadura de hierro no tuvo 
ningún efecto en la captura del CO2 o del CO. 
Se siguió midiendo el efecto que tuvieron los filtros en la disminución del CO2 o del CO hasta 
que se perdiera completamente este efecto para poder saber cuánto tiempo dura la solución 
reteniendo esos gases. Para el caso de los 1,373 g CaO usados en el filtro siguieron reaccionando 
hasta los 250 minutos después de que se había iniciado la filtración. Después de este tiempo ya 
no se presentó efecto alguno de esta suspensión en la reducción del contenido del CO2 y del CO 
(Figura 2). 
La colocación de los filtros usados para la disminución de H2S fue en serie, primeramente el de 
limadura de hierro para disminuir el H2S contenido en el biogás y luego, el de la suspensión de 
CaO para disminuir el CO2 y CO contenido en el biogás. Esta colocación se debió a que en las 
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pruebas preliminares había retención de H2S en la suspensión de CaO, y ésta no permitiría 
verificar si el filtro de limadura de hierro era efectivo en atrapar el H2S contenido en el biogás. 
El filtro de alambrina de hierro no tuvo efecto alguno sobre la disminución del ácido sulfhídrico 
contenido en el biogás producido por el biodigestor (Figura 3). Se esperaba que el ácido 
sulfhídrico reaccionara con el Fe2O3 (óxido de hierro) de la alambrina, reduciendo su 
concentración en el biogás filtrado, mediante la siguiente reacción: 
Fe O H S FeSO2 3 2 4+ → 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
35 116 182 264 319 393
Tiempo acumulado (minutos)
Á
ci
do
 s
ul
fh
íd
ric
o 
(p
pm
)
Antes de alambrina después de alambrina Después del CaO 
Figura 3. Evaluación del tiempo de efectividad de las alambrinas de hierro y el óxido de calcio 
como filtros para disminuir el ácido sulfhídrico del biogás. 
Posiblemente el resultado obtenido se deba a que se utilizaron alambrinas nuevas sin corrosión, y 
es necesario que éstas estén oxidadas (Fe2O3) para que se dé la reacción. En cambio, el filtro de 
CaO sí redujo el contenido del ácido sulfhídrico en el biogás, manteniéndolo en niveles por 
debajo de 10 ppm durante 319 minutos. 
Los resultados que se obtuvieron en las pruebas con los filtros se utilizaron para estimar el 
tamaño adecuado del filtro que se necesitaría para los biodigestores de la porqueriza de la FPI. 
Al escalar el resultado obtenido en la evaluación del CaO como filtro para disminuir el H2S del 
biogás, se encontró que para un período de ocho días se necesitaría de un filtro hecho con 51 kg 
CaO en 152 L H2O. Pero si lo que se quiere es mantener la concentración del CH4 en el biogás 
por arriba del 89 % y disminuir el H2S a cantidades menores de 10 ppm con el mismo filtro, en 
un periodo ocho días, se requerirían de 156 kg CaO en 470 L H2O. 
El filtro que se propone en esta investigación cuenta con una entrada de la tubería del biogás que 
viene de los biodigestores, en la parte inferior para lograr un mayor efecto de la suspensión 
debido a que ese mayor efecto propicia una mayor duración del filtro (Figura 4). Este diseño 
requiere de un compresor para que ayude al biogás a vencer la fuerza de la presión que ejerce la 
columna de la suspensión y sus sedimentos. Con la utilización de este compresor, el biogás 
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introducido a presión provocaría también la agitación de la suspensión. Este efecto es importante 
porque al no agitar la solución el efecto del filtro se ve reducido (Cuadro 1). 
 
Figura 4. Modelo de filtro de CaO. 
Además, el tubo proveniente de los biodigestores y que ingrese al filtro deberá estar perforado 
como una flauta (Figura 4). Esto es para provocar una mayor distribución del biogás en la 
suspensión que se encuentre dentro del filtro y de esta manera propiciar un mayor burbujeo. Por 
otra parte, el tamaño de la columna de la solución en el recipiente va a depender de la capacidad 
del compresor que se utiliza. A mayor capacidad del compresor, mayor altura posible en la 
columna líquida de la suspensión y viceversa. 
Si se usa un compresor para impulsar el biogás, va a ser necesaria la utilización de un contador 
de tiempo (timer), para que esté apagando y encendiendo al compresor cada cierto tiempo, 
debido a que las campanas de los biodigestores son reducidas y el compresor no deberá estar en 
funcionamiento constante. Otra alternativa es almacenar el biogás en las bolsas reservorios sin 
reducirle el CO2, el CO y el H2S. Luego de almacenado, se puede comprimir el biogás con el 
compresor, pasándolo por el filtro, únicamente cuando los motores de combustión estén en 
funcionamiento. 
CONCLUSIONES 
La capacidad total de la fase líquida de los tres biodigestores instalados para hacer uso del 100 % 
de las excretas de la FPI es de 148 m3, la cual tiene la capacidad de producir 52 m3 de biogás por 
día. Las dos bolsas instaladas como reservorios para el almacenamiento de biogás, tienen una 
capacidad de 109 m3 cada una. El uso de bolsas reservorios de biogás puede aumentar la 
capacidad máxima de los biodigestores,aprovechando una mayor cantidad de excretas y 
produciendo una mayor cantidad de biogás, maximizándose el uso del terreno ocupado por el 
biodigestor. 
 Coto et al. / Tierra Tropical (2007) 3 (2): 129-138 137 
El compuesto que mejores resultados presentó en las evaluaciones preliminares realizadas en la 
captura de CO2 y CO presentes en el biogás fue la suspensión de CaO. Se obtuvo un aumento 
promedio del 12 % en la concentración de CH4 en el biogás, asociado este aumento con la 
disminución del dióxido de carbono y el monóxido de carbono. El tiempo de efectividad de los 
1,373 g CaO usados para reducir la cantidad CO2 y CO del biogás fue de 101 minutos. 
Según las evaluaciones realizadas, el filtro de limadura de hierro utilizado en este trabajo no es 
un buen eliminador o reductor del H2S contenido normalmente en el biogás. La suspensión de los 
1,373 g CaO logró mantener las concentraciones del ácido sulfhídrico en el biogás por debajo de 
10 ppm durante un periodo de 319 minutos. 
ACKNOWLEDGMENT 
This material is based upon work supported by the Department of Energy [National Nuclear 
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States Government or any agency thereof. 
LITERATURA CITADA 
Botero, R.; Preston, T. 1987. Biodigestores de bajo costo para la producción de combustible y 
fertilizantes a partir de excretas: Manual para su instalación, operación y utilización. 
Universidad EARTH. Guácimo, CR. 30 p. 
Carmona, J.C.; Bolívar, D.M.; Giraldo, L.A. 2005. El gas metano en la producción ganadera y 
alternativas para medir sus emisiones y aminorar su impacto a nivel ambiental y productivo 
(en línea). Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias 18(1): 49-63. Consultado el 27 de 
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