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Metodolog�a para el c�lculo de los costos de explotaci�n de los Parques E�licos de Gibara

 

Methodology for calculating the operating costs of the Gibara Wind Farms

 

Metodologia de c�lculo dos custos operacionais dos Parques E�licos Gibara

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: haynes@uho.edu.cu

 

Ciencias econ�micas y empresariales �

Art�culo de investigaci�n

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*Recibido: 26 de enero de 2021 *Aceptado: 20 de febrero de 2021 * Publicado: 11 de marzo de 2021

 

1. M�ster CSAD/CAN, Profesor Auxiliar, Universidad de Holgu�n, Holguin, Cuba.

    II.            Ingeniero en Minas, M�ster en Metalurgia, Docente de la carrera de Ingenier�a de Minas, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

�III.            Doctor en Ciencias T�cnicas, Universidad de Holgu�n, Holgu�n, Cuba.

�IV.            Magister en Gesti�n de Operaciones, Ingeniero Mec�nico, Formaci�n de Formadores, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Macas, Morona Santiago, Ecuador.

    V.            Estudiante de la carrera de Ingenier�a en Minas, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Macas, Morona Santiago, Ecuador.

Resumen

En la investigaci�n se presenta una metodolog�a para an�lisis de los indicadores de costos de explotaci�n, generaci�n, as� como de la fiabilidad en t�rminos de disponibilidad de los parques e�licos de Gibara en la provincia Holgu�n, teniendo como base los indicadores de Gastos de Administraci�n, Amortizaci�n, gastos por mantenimiento preventivo, correctivos, en el periodo del 2010 hasta el 2016. Se determina la generaci�n bruta, factor de capacidad, disponibilidad y la cantidad de di�xido de carbono emitida y no emitidas, tambi�n se realiza un an�lisis bastante interesante sobre el significado de del costo por las paradas de planta, pudimos conocer tambi�n los ingresos que se pudieran obtener por la venta de certificado de reducci�n de carbonos con la utilizaci�n de mecanismo de desarrollo limpio (MDL).

Palabras claves: Parque e�lico; generaci�n bruta; factor capacidad; costos de operaci�n; mantenimiento.

 

Abstract

The research carried out a methodology for analyzing the indicators of operating costs, generation, as well as the reliability in terms of availability of Gibara wind farms in the province of Holguin, based on the indicators of Administration Expenses, Amortization, Preventive maintenance expenses, corrective, in the period from 2010 to 2016. The gross generation, capacity factor, availability and the amount of emitted and emitted carbon dioxide are determined, also a very interesting analysis is performed on the meaning Of the cost of the plant shutdowns, we were also able to know the revenues that could be obtained from the sale of a carbon reduction certificate with the use of a clean development mechanism (CDM).

Keywords: Wind farm; gross generation; capacity factor; clean development mechanism.

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Resumo

A pesquisa apresenta uma metodologia de an�lise dos indicadores de custos operacionais e de gera��o, bem como da confiabilidade em termos de disponibilidade dos parques e�licos de Gibara na prov�ncia de Holgu�n, com base nos indicadores de Despesas de Administra��o, Amortiza��o, despesas com manuten��o preventiva e corretiva , no per�odo de 2010 a 2016. S�o determinados a gera��o bruta, o fator de capacidade, a disponibilidade e a quantidade de di�xido de carbono emitido e n�o emitido, uma an�lise muito interessante tamb�m � realizada sobre o significado. tamb�m capaz de saber a receita que poderia ser obtida com a venda do certificado de redu��o de carbono com o uso de um mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL).

Palavras-chave: Wind farm; gera��o bruta; fator de capacidade; custos operacionais; manuten��o.

 

Introducci�n

Cuba debe� diversificar� su matriz energ�tica hacia la energ�a renovable, por ser una estrategia en los tiempos actuales, donde existe una fluctuaci�n constante de los precios de los combustibles convencionales� debido a los diferentes conflictos existente en el mundo de hoy, por otro lado no tenemos posibilidad de grandes hidroel�ctricas, dada la insuficiencia del recurso h�drico, una alternativa que se aprovecha con gran resultado es la� producci�n de energ�a a partir de la biomasa en los centrales azucareros, estos son capaces de vender su energ�a excedente al Servicio Energ�tico Nacional est� muy deprimida, la energ�a solar fotovoltaica al principio no resultaba competitiva, no exist�a amplio conocimiento de la misma, pero al igual que la e�lica ya en nuestro pa�s es una realidad su introducci�n y generalizaci�n la primera en casi todo el territorio nacional y la segunda en las zonas favorables para su instalaci�n.

Al igual que otras tecnolog�as que utilizan fuentes renovables de energ�a, la e�lica tambi�n se caracteriza por una alta inversi�n, aunque no consume combustibles convencionales. Est� claro que este alto costo inicial constituye una barrera para su aplicaci�n y difusi�n, principalmente en los pa�ses menos desarrollados y con una econom�a m�s precaria. No obstante, la e�lica es una de las tecnolog�as energ�ticas renovables m�s econ�micas en lo que se refiere al costo del kwh producido. En sitios bien seleccionados, el kwh e�lico es m�s bajo que el kwh f�sil en muchos pa�ses, al igual que en Cuba (Moreno Figueredo, 2000).

 

Materiales y m�todos

Como materiales en este trabajo se utilizaron las bases de Datos SIOGEN y SISCOM del parque e�lico de Gibara y Empresa El�ctrica de Holgu�n respectivamente, as� como consulta a experto de ambas instituciones.

Como m�todo para el c�lculo de los indicadores se utilizaron los costos nivelados o normalizados (LCC).

Los problemas que m�s nos afectan desde el punto de vista energ�tico, seg�n datos de la Oficina Nacional de Estad�stica e Informaci�n (ONEI 2013), es ante todo la gran dependencia energ�tica a las fuentes no convencionales de hecho combustible importado siendo alrededor del 38% en el a�o 2013 (fig 1).

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Figura 1: Dependencia combustible importado, fuente ONEI 2013.

Otro de los problemas es alto costo de la energ�a 21,1 centavo d�lar con un menor componente en moneda nacional figura 2

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Figura 2: Costo de la energ�a, fuente ONEI 2013.

 

Y como tercer problema que se presenta es los elevados niveles de emisi�n de gases contaminantes.

Todas estas situaciones tienen sus or�genes en las siguientes causas:

Baja utilizaci�n de las fuentes renovables, figura 3.

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Figura 3: Estructura de la generaci�n el�ctrica, fuente ONEI 2013.

 

Baja eficiencia en la generaci�n t�rmica figura 4.

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Figura 4: Eficiencia en la generaci�n t�rmica ONEI 2013.

 

Altas perdidas en las redes t�rmicas de distribuci�n, figura 5.

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Figura 5: P�rdidas en las redes t�rmicas, fuente ONEI 2013.

 

Para eliminar todas estas causas la Uni�n Nacional El�ctricas se ha trazado los siguientes objetivos estrat�gicos.

Aumentar el % de utilizaci�n de las fuentes renovables, figura 6

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Figura 6: Incremento FRE, fuente ONEI 21013.

 

Reducir la importaci�n de los combustibles para la generaci�n, manteniendo la exploraci�n petrolera, figura 7.

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Figura 7: Exploraci�n Petrolera, fuente ONEI 2013.

Reducir los costos de la energ�a entregada por la SEN, figura 8.

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Figura 8: Reducir los costos de energ�a, fuente ONEI 2013.

Reducir la contaminaci�n ambiental, figura 9.

 

Figura 9: Disminuci�n contaminaci�n ambiental, fuente ONEI 2013.

En Cuba existen cuatro Parques E�licos, con la siguiente estructura y composici�n (figura 10).

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Figura 10: fuente Ministerio Energ�a y Minas, 2012

 

En Cuba a partir del a�o 2012 se comienza a establecer el marco regulatorio sobre el empleo de las FRE, en el a�o 2015 se elabora y aprueban las normas jur�dicas para implementar la pol�tica y se comienzan las negociaciones de las inversiones para la instalaci�n de nuevos parques (ONEI 2005).

El objetivo es crear capacidades de generaci�n superiores a los 600 MW (Torres y Martins 2016) ver figura 11, e involucrar a la industria y los servicios nacionales. De esta forma tratar de lograr su reanimaci�n, trabajando en direcciones relacionadas con: la fabricaci�n de torres, sistemas auxiliares y repuestos; la prospecci�n y evaluaci�n del recurso e�lico; as� como la transportaci�n, izaje y montaje especializado. Tambi�n se trabaja en investigaciones Ingeniero � Geol�gicas; estudios de Impactos Ambientales, Peligro, Vulnerabilidad y Riesgo, el mantenimiento predictivo.

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Figura 11: Fuente Ministerio Energ�a y Minas, 2016

Para una disminuci�n del costo se deben tener en cuenta los costos mantenimiento ya que estos constituyen el gasto originado por acciones realizadas para mantener, conservar o restaurar la funci�n de un activo fijo tangible en su condici�n normal de operaci�n, ser� una inversi�n para la protecci�n de los AFT de la instalaci�n de que se trate, un complemento o seguro de producci�n una uni�n entre las dos funciones, operaci�n y mantenimiento (Gonz�lez, 2015).

Para que exista costo de mantenimiento es necesario que el servicio que produce se pueda cuantificar monetariamente, estos se producen en el instante en que se ejecutan los servicios t�cnicos a la maquinaria e instalaciones de la empresa, en �l estar�an incluidos los gastos propios del Mantenimiento, que ser�n los gastos de acci�n directa m�s los gastos� indirectos de apoyo, en el primero (GAD), estar�an los gastos de recursos materiales y de fuerza de trabajo en las intervenciones directas a la maquinaria e instalaciones, de forma imprevista o planificada� y en los segundos (GIA) los gastos de monitoreo, tecnolog�as, administraci�n, capacitaci�n, pago a terceros y amortizaci�n de infraestructura (Prando, 1996).

Los costos de mantenimiento seg�n los diferentes aspectos se agrupan en cuatro bloques: CFJ: Costos Fijos, CV: Costos Variables, CFN: Costos Financieros y CFA: Costo por Falla (Knezevic, 1996).

Costos Fijos: La principal caracter�stica de estos costos es que no dependen del volumen de la producci�n y de las ventas, dentro de ello est�n el personal administrativo, el de limpieza, la mano de obra indirecta, las amortizaciones, los alquileres y el propio de mantenimiento, entre otros. Estos costos fijos de mantenimiento est�n compuestos, principalmente, por la mano de obra y materiales necesarios para realizar el mantenimiento preventivo. Este gasto tiende a asegurar el estado de la instalaci�n a medio y largo plazo.

Costos Variables: son proporcionales a la producci�n realizada. Dentro de ellos se encuentran los de embalaje, materias primas, energ�a, etc. y los costos variables de mantenimiento, ejemplo la necesaria para el mantenimiento correctivo. Este mantenimiento puede producirse por consecuencia de las aver�as imprevistas o por las reparaciones que se realizan por indicaci�n de los otros tipos de mantenimiento.

Resulta dif�cil reducir este tipo de erogaci�n en mantenimiento, ya que est� directamente ligado a la necesidad de efectuar una reparaci�n para seguir produciendo, no obstante, se puede reducir este gasto evitando que se produzcan aver�as inesperadas.

Costos Financieros: referidos al mantenimiento son los que surgen tanto del valor de los repuestos como tambi�n las amortizaciones de las m�quinas que se encuentran en reserva para asegurar la producci�n.

Los costos del almacenamiento de los repuestos en el almac�n, necesarios para poder realizar las reparaciones implican un desembolso de dinero para la empresa. Si los repuestos son utilizados con cierta frecuencia nos encontramos con un costo financiero bajo, dado que esta inversi�n contribuye a mantener la capacidad productiva de la instalaci�n.

Costo por Falla: se refiere al costo o p�rdida de beneficio que la empresa tiene por causas relacionadas con la parada de la planta, puede ser por situaciones vinculadas al mantenimiento, Estos costos claro est� que implican un mayor gasto, premisa que se cumple tanto para empresas productivas como para empresas de servicios.

El costo total de mantenimiento; se puede expresar como se plantea en ecuaci�n # 1:

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En nuestro caso de estudios los costos financieros no se tendr�n en cuenta por no contarse con almacenes para las piezas y componente de recambio.

Metodolog�a propuesta para la evaluaci�n de los costos de operaci�n, mantenimiento y parada de los parques e�licos de Gibara.

�         Filtrado de datos

�         Selecci�n de las variables

�         Construcci�n de patrones

�         Interpretaci�n y evaluaci�n

�         Adquisici�n del conocimiento

 

Estudio de caso:

A 40 kil�metros de la ciudad de Holgu�n, se encuentra los Parques E�licos Gibara I y II con las siguientes caracter�sticas, tabla 1.

 

Tabla 1: fuente Manuales Gamesa y Goldwind

 

�  Filtrado de datos: Se utilizaron las bases de datos SIOGEN y SISCOM (20102016) del parque e�lico de Gibara I y Gibara II; y de la Empresa El�ctrica de Holgu�n respectivamente, as� como las consultas a especialistas claves de ambas instituciones.

�         Selecci�n de las variables:

�                   Gasto de Operaciones. Se encuentran los gastos administrativos, de materiales, herramientas, medios de protecci�n, salario, entre otros.

�                   Depreciaci�n. Cuando los activos de una empresa comienzan a perder valor a lo largo del tiempo, esa p�rdida se amortiza teniendo en cuenta los a�os de vida del activo.

�                   Mantenimiento correctivo. Agrupa las reparaciones corrientes y las aver�as que se producen en las plantas.

�                   Mantenimiento Preventivo. Todas las operaciones planificadas para el mantenimiento, las de conservaci�n y restauraci�n que se ejecutan.

�                   Costo por fallas. Se refiere al costo o p�rdida de beneficio que la empresa tiene por causas relacionadas con la parada de la planta.

 

Otras variables

Factor de capacidad o de carga; Es un indicador que sirve para medir el comportamiento energ�tico, as� como para calificar la calidad energ�tica de un parque e�lico. Su relaci�n matem�tica est� dada por: FC = E / Pn x 8760

El factor de capacidad se define como la relaci�n entre la energ�a generada (E) por un aerogenerador, durante un per�odo dado y la que se hubiera producido si hubiese estado funcionando continuamente a potencia nominal (Pn), durante un a�o (8760 horas), se puede calcular para cualquier per�odo. Se considera debe ser mayor que un 20% para que un sistema de generaci�n de electricidad, se considere de forma preliminar factible econ�micamente.

De forma abreviada tambi�n para aerogeneradores de mediana y gran potencia, mayores de 250 kW el factor de capacidad se puede calcular de la forma siguiente: FC = 0,07 x velocidad media anual� 0,2 (Moreno 2009).

Disponibilidad t�cnica de la turbina; Es un indicador a considerar y se expresa en las horas que la turbinas es capaz de generar (HTG); entre las horas del periodo analizado (HPA) o las horas reales de operaci�n (HRO) entre las horas en que la velocidad de viento est� dentro del rango operacional (HVO), ecuaci�n # 2.

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Construcci�n de patrones

De forma comparativa se muestra el desempe�o, se aprecia c�mo los gastos del Parque E�lico Gibara I son muy superiores al Gibara II, figura 12�

 

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Figura12: Gastos Gibara I y Gibara II, fuente elaboraci�n propia

 

En la figura 13 se muestran los costos totales de ambos parques. El total de gastos de ambos parques es de 11 millones 454 mil 722 USD, durante el periodo de 7 a�os.

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Figura 13: Gastos totales de Gibara I y II, fuente elaboraci�n propia

 

Se pudo comprobar que los gastos que hasta ahora m�s inciden en estas cuant�as se relacionan con los gastos de depreciaci�n. Su comportamiento respecto a los otros gastos y por a�os se muestran en las figuras 15 y 16.

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Figura 15: Gastos por depreciaci�n, fuente propia.

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Figura 16: Gastos por depreciaci�n por a�os, fuente propia.

�Costo por falla o por parada?

La disponibilidad de los aerogeneradores, a diferencia de las plantas convencionales, no solo depende de su estado t�cnico, sino del recurso e�lico presente.

�La naturaleza intermitente del viento, junto con el comportamiento probabil�stico de las salidas no planificadas de los generadores e�licos hace que la proyecci�n de potencia disponible en un instante dado en una planta e�lica se determine de manera estoc�stica (Upwindc, 2016).

El costo de parada considera ambas causas. Esta energ�a que no se genera tiene varios costos desde monetarios, sociales y ambientales. Su costo incluye el factor de capacidad y la disponibilidad de los parques, as� como la generaci�n de cada parque.

En la figura 17 se aprecia como se ha comportado el factor de capacidad, disponibilidad, as� como la energ�a bruta generada durante el per�odo; estos indicadores constituyen la base de c�lculo para determinar la energ�a no generada por a�o.

En la figura 18 se expone c�mo se relacionan los indicadores de generaci�n bruta, combustible sustituido y CO2 no emitido para ambos parques e�licos.

 

Figura 17: Relaci�n del factor de disponibilidad y capacidad, fuente propia.

 

 

Figura 18: Relaci�n entre generaci�n bruta, combustible sustituido y CO2 no generado, fuente propia.

 

Tambi�n se expone, el equivalente a la energ�a producida, del consumo de combustibles f�siles generado en fuentes convencionales, figura 19. En la figura 20 se representa la cantidad de CO2 no emitido y su equivalente en venta de carbono; es decir cantidad de dinero ingresado por la venta de los certificados de carbonos o CER, seg�n el protocolo de Kioto; estos bonos en el a�o 2013 se cotizaban a 15 d�lares la tonelada, en el a�o 2016 descendi� hasta 43 centavos de d�lares la tonelada.

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Figura 19: Relaci�n entre combustible sustituido y ahorro por concepto de no compra de di�sel, fuente propia.

 

Figura 20: Suma de indicadores de la generaci�n bruta, combustible sustituido y CO2 no generado, fuente propia.

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Figura 21: Relaci�n entre CO2 no emitido y su venta en CER en USD, fuente propia.

 

En la figura 22, se aprecia como Gibara II por tener mayor disponibilidad, los niveles de emisiones evitadas son superiores.

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Figura 22: Estado comparativo entre las emisiones Gibara I y Gibara II, fuente propia

 

En la figura 23 se muestra el total de los costos por fallas o por paradas de cada parque, el Parque Gibara I es mucho mayor que el parque Gibara II, en el primero oscila entre mil y tres mil pesos convertibles, en el Gibara II, el valor m�s alto es de 1700 USD.

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Figura 23: Estado comparativo de los costos por parada Gibara I y Gibara II, fuente propia.

 

Un resultado interesante de este estudio el valor total del costo por falla o parada asciende a un mill�n 092 mil 736.7 USD, figura 24.

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Figura 24: Costos total por falla o parada, fuente propia.

En resumen, en la tabla 2 se plantea el costo total de mantenimiento en el Parque I asciende a 8 millones 197mil 392.79 USD y en el Parque II fue de 4 millones 350 mil 066.55 USD; casi la mitad de los gastos totales que fueron de 12 millones 547 mil 459.34 USD.

 

Tabla 2: Operadores de costos por parques, fuente propia

Operad. costos		Operaci�n y mantenimiento	Costo paradas con fallos	Totales
Gibara I	7445569.68		751823.1	8197392.8
Gibara II	4009152.90		340913.6	4350066.5
Totales	11454722.6		1092736.7	12547459.34

 

 

 

 

 

Si queremos conocer el costo de mantenimiento por unidad de kilowatt de generaci�n del periodo analizado, obtendremos el siguiente resultado.

En la figura 25 se puede apreciar que la generaci�n en el parque Gibara I es mucho mayor que el Gibara II, sin embargo, en la tabla 3 y la figura 26 se concluye que no solo con una buena generaci�n se resuelve el problema, tambi�n es necesario que disminuyan los costos de explotaci�n para obtener un mejor indicador de $ O&M por unidad de kilowatt hora de energ�a generada.�

 

Figura 25: Generaci�n de ambos parques, fuente propia.

 

Interpretaci�n y evaluaci�n

 

Tabla 3: Operadores de costos por parques, y por Kilowatt de generaci�n: fuente propia.

Operad. costos	Operaci�n y mantenim.	Costo paradas con fallos	Totales $	Costo $/Kw
			Generaci�n kw/h
Gibara I	7,445,569.68	751,823.1	8,197,392.8	0.1184
			69,199.600
Gibara II	4,009,152.90	340,913.6	4,350,066.5	0.077
			55,943.000
Totales	11,4547,22.6	1,092,736.7	12,547,459.34	0.0994
			126,142.600

 

Adquisici�n del conocimiento

Figura 26: Costos de operaci�n y mantenimiento por generaci�n de Mw/h, fuente propia.

 

De acuerdo a diferentes estudios realizados en el 2010, los costos de generaci�n de la electricidad en parques e�licos est�n por debajo de los 0,07 USD/KWh como promedio en la mayor�a de los proyectos en zonas con viento favorable calculados para 20 a�os de vida �til, y la recuperaci�n de la inversi�n no rebasa los 7 a�os de acuerdo con los altos precios del petr�leo. Estos costos del kWh son comparables con los costos promedio estimados de producci�n de electricidad con carb�n (0,067 USD/KWh), o con gas (0,056 USD/KWh), siendo m�s favorable esta comparaci�n cuando se trata de los costos de producci�n con petr�leo, seg�n (Moreno Figueredo, 2000).

 

Conclusiones

Los costos de mantenimiento en Gibara I y Gibara II en el periodo del 2010-2016 se comportaron de forma intermitente con una l�nea de tendencia ascendente. Siendo superiores en el Gibara I. El objeto de costo que m�s incidi� en los gastos totales es la depreciaci�n con un 75% de participaci�n en los gastos totales. Existe buen comportamiento del factor de capacidad, por encima del 20%; as� como el factor de Disponibilidad se mantuvo entre el 79 y 95%.

Se pudo constatar que la venta de los bonos de carbonos o certificados de reducci�n de emisi�n es una fuente no aprovechada al m�ximo. Se evidencia que el gasto de energ�a no generada es un indicador a tener en cuenta. Los costos de operaci�n, mantenimiento y parada con o sin fallas, son casi el doble en Gibara I, con respecto al otro parque y los costos de explotaci�n no solo dependen de la generaci�n, sino de los gastos en que se incurran durante el proceso productivo.

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Referencias

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�2019 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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