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Evaluaci�n de las propiedades f�sico-mec�nica del cuero tipo vestimenta-lavable obtenido por la adici�n del pol�mero Zetestan-GF durante el proceso de curtiembre

 

Evaluation of the physical-mechanical properties of washable clothing-type leather obtained by the addition of the Zetestan-GF polymer during the tanning process

 

Avalia��o das propriedades f�sico-mec�nicas de couros lav�veis ​​do tipo vestu�rio obtidos pela adi��o do pol�mero Zetestan-GF durante o processo de curtimento

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: acpuente.fiag@unach.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 01 de septiembre de 2023 *Aceptado: 20 de septiembre de 2023 * Publicado: �26 de octubre de 2023

1. Universidad Nacional de Chimborazo, Ecuador.
2. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.
3. Universidad Nacional de Chimborazo, Ecuador.
4. Universidad Nacional de Chimborazo, Ecuador.
5. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Ecuador.

 

Resumen

En la industria de la curtiembre es importante conocer las propiedades f�sico-mec�nicas del cuero, debido a que estas son determinantes para obtener un cuero que cumpla con los par�metros de calidad para la elaboraci�n de diferentes productos. El objetivo de este estudio fue evaluar las propiedades f�sico-mec�nica del cuero tipo vestimenta-lavable obtenido por la adici�n del pol�mero Zetestan-GF durante el proceso de curtiembre. Para el desarrollo de este trabajo se compararon los datos obtenidos del an�lisis f�sico-mec�nica de dos tratamientos, uno control con cuero blanco (T1) y el otro tratamiento con cuero tratado con pol�mero Zetestan-GF (T2), los que fueron sometidos a un proceso est�ndar de curtici�n, cada tratamiento se realiz� por triplicado, a los cuales se efectuaron tres lavados, obteniendo un total de 24 muestras a ser analizadas, posterior a la obtenci�n del cuero se procedi� a comparar los diferentes tratamientos, aplicados con un control. Para el an�lisis estad�stico de los datos se utiliz� el programa SAS versi�n 9.0. Se aplic� un ANOVA de una v�a a las caracter�sticas f�sico-mec�nicas, del cuero control y cuero aplicado pol�mero Zetestan-GF, y para determinar las diferencias de las medias se utiliz� la prueba de Tukey (P< 0.05).� De acuerdo con los resultados se observ� que la aplicaci�n del pol�mero en el proceso de curtiembre no influye en el par�metro de lastometr�a, mientras que, si influye en los par�metros de suavidad, resistencia a la tensi�n, porcentaje de elongaci�n y flexometr�a en seco y h�medo. En conclusi�n, la adici�n de un pol�mero puede influenciar de una manera significativa en las propiedades f�sico-mec�nicas del producto resultante de la curtiembre de pieles de bovino.

Palabras Clave: Cuero-lavable; Pol�mero; Zetestan-GF; Curtiembre; Vestimenta; Innovaci�n.

 

Abstract

In the tanning industry it is important to know the physical-mechanical properties of leather, because these are decisive in obtaining leather that meets the quality parameters for the production of different products. The objective of this study was to evaluate the physical-mechanical properties of washable clothing-type leather obtained by the addition of the Zetestan-GF polymer during the tanning process. For the development of this work, the data obtained from the physical-mechanical analysis of two treatments were compared, one a control with white leather (T1) and the other treatment with leather treated with Zetestan-GF polymer (T2), which were subjected to a standard tanning process, each treatment was carried out in triplicate, to which three washes were carried out, obtaining a total of 24 samples to be analyzed. After obtaining the leather, the different treatments were compared, applied with a control. For the statistical analysis of the data, the SAS program version 9.0 was used. A one-way ANOVA was applied to the physical-mechanical characteristics of the control leather and Zetestan-GF polymer applied leather, and the Tukey test was used to determine the differences in the means (P< 0.05). According to the results, it was observed that the application of the polymer in the tanning process does not influence the lastometry parameter, while it does influence the parameters of softness, tensile strength, percentage of elongation and dry and wet flexometry. . In conclusion, the addition of a polymer can significantly influence the physical-mechanical properties of the product resulting from bovine hide tanning.

Keywords: Leather-washable; Polymer; Zetestan-GF; Tannery; Outfit; Innovation.

 

Resumo

Na ind�stria de curtumes � importante conhecer as propriedades f�sico-mec�nicas do couro, pois estas s�o decisivas na obten��o de couro que atenda aos par�metros de qualidade para a produ��o de diferentes produtos. O objetivo deste estudo foi avaliar as propriedades f�sico-mec�nicas de couros lav�veis ​​do tipo vestu�rio obtidos pela adi��o do pol�mero Zetestan-GF durante o processo de curtimento. Para o desenvolvimento deste trabalho foram comparados os dados obtidos a partir da an�lise f�sico-mec�nica de dois tratamentos, um controle com couro branco (T1) e outro tratamento com couro tratado com pol�mero Zetestan-GF (T2), os quais foram submetidos para um processo de curtimento padr�o, cada tratamento foi realizado em triplicata, ao qual foram realizadas tr�s lavagens, obtendo-se um total de 24 amostras a serem analisadas.Ap�s a obten��o do couro, foram comparados os diferentes tratamentos, aplicados com um controle. Para a an�lise estat�stica dos dados foi utilizado o programa SAS vers�o 9.0. Uma ANOVA unidirecional foi aplicada �s caracter�sticas f�sico-mec�nicas do couro controle e do couro aplicado com pol�mero Zetestan-GF, e o teste de Tukey foi utilizado para determinar as diferen�as nas m�dias (P < 0,05). De acordo com os resultados, observou-se que a aplica��o do pol�mero no processo de curtimento n�o influencia o par�metro lastom�trico, mas influencia os par�metros de maciez, resist�ncia � tra��o, percentual de alongamento e flexometria seca e �mida. Conclui-se que a adi��o de um pol�mero pode influenciar significativamente as propriedades f�sico-mec�nicas do produto resultante do curtimento de couro bovino.

�Palavras-chave: Lav�vel em couro; Pol�mero; Zetest�o-GF; Curtume; Roupa; Inova��o.

Introducci�n

La piel es un subproducto de la industria c�rnica, que luego es procesada para obtener cuero, este producto frente a los materiales sint�ticos posee propiedades excepcionales con relaci�n a durabilidad y resistencia. Adem�s, posee gran valor comercial global (Wang et al., 2021). El proceso de conversi�n de pieles en cuero implica una secuencia de operaciones qu�micas y mec�nicas que alteran en gran medida sus propiedades, tales como el curtido, varios estudios han demostrado el efecto que tiene esta operaci�n sobre las propiedades f�sicas del cuero (Nalyanya et al., 2017.), siendo as� una parte importante durante el proceso de curtiembre debido a que en esta operaci�n el agente curtiente puede interactuar con los grupos activos de las fibras de col�geno de la piel para transformar la piel cruda en un cuero duradero, mejorando as� sus propiedades mec�nicas, capacidad de almacenamiento y resistencia a la degradaci�n qu�mica, t�rmica y microbiana (Gao et al., 2023).

Al ser el cuero un producto no propenso al contacto con el agua y agentes de limpieza, debido a que estos alteran su calidad, en el proceso de lavado el cuero pierde la grasa a�adida durante el acabado, el mismo que tiende a da�arse en t�rminos de flexibilidad, tacto e intensidad de colores (Cevallos, 2013). Sin embargo, con un tratamiento de fijaci�n del engrase que comienza con la rotura de la emulsi�n mediante la reducci�n del pH o simplemente la reacci�n con las cargas cati�nicas de la piel durante el tiempo de contacto (ITP RED CITE, 2018), es posible hacer cuero de tipo lavable que mantenga su integridad original en tama�o, color y textura. (Lupera, 2022). Mediante la revisi�n de la literatura se puede evidenciar la gran influencia que tienen los diferentes engrasantes polim�ricos en la calidad del producto, debido a que estos agentes poseen propiedades lubricantes y rellenantes con buena solidez al lavado en h�medo lo que evita que la fibra se pegue al secarse, obteni�ndose as� la flexibilidad y suavidad necesarias adem�s de un cierto aumento de las resistencias f�sicas de la piel (Zarlok et al., 2014). El polimero� Zetestan-Gf es un polimero utilzado para el engrase de cueros que posee un efecto recurtiente, en ocasiones al utilizar este polimeero reduce la utilizacion de otros agentes recurtientes, dandonos como resultados cueros suaves y lijeros con propiedades resistentes al desgarre (Lupera, 2022).

Del mismo modo las propiedades f�sicas y mec�nicas del cuero juegan un papel muy importante en la determinaci�n del campo de aplicaciones y es un indicador fiable de la calidad del cuero, dentro de las pruebas f�sico-mec�nicas podemos analizar principalmente la resistencia a la tensi�n que se define como el nivel de estiramiento que mantiene la piel cuando se aplica una fuerza en los extremos de la muestra en diferentes direcciones hasta da�arla o deformarla que tiene una considerable importancia en la conservaci�n de la forma de las prendas (Roig et al., 2012). Sin embargo, esto pueden variar seg�n la materia prima y las condiciones del proceso utilizado para producir diferentes tipos de cuero, tales como: zapatos, guantes, prendas de vestir, tapicer�a, arneses, etc (ITP RED CITE, 2018). Durante el uso, los productos de cuero est�n expuestos a muchas influencias mec�nicas, como: desgaste, elongaci�n, flexi�n, compresi�n y factores ambientales (Lupera, 2022).

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Materiales y m�todos

Dise�o experimental

El presente trabajo se bas� en el an�lisis f�sico-mec�nico del cuero tipo vestimenta lavable mediante la aplicaci�n de dos tratamientos d�rate su fabricaci�n, un tratamiento control donde se aplic� el proceso de obtenci�n descrito por empresa �El AL-CE� o cuero blanco y el otro tratamiento corresponde al cuero tratado con pol�mero Zetestan-GF, cada tratamiento se realiz� por triplicado, donde las pruebas f�sicas-mec�nicas aplicadas a los tratamientos se realizaron al producto terminado sin lavar y despu�s del primer, segundo y tercer lavado respectivamente, obteniendo un total de 24 muestras a ser analizadas, como se detalla en la Tabla I.

Codificaci�n de tratamientos del cuero

Tabla 1.

Codificaci�n para los diferentes tratamientos aplicados

REP	Cuero sin Pol�mero sin lavar	Cuero sin Pol�mero 1er lavado	Cuero sin Pol�mero 2do lavado		Cuero sin Pol�mero 3er lavado	Cuero con Pol�mero sin lavar	Cuero con Pol�mero 1er lavado	Cuero con Pol�mero 2do lavado	Cuero con Pol�mero �3er lavado
1�	T1L0R1	T1L1R1	T1L2R1		T1L3R1	T2L0R1	T2L1R1	T2L2R1	T2L3R1
2�	T1L0R2	T1L1R2	T1L2R2		T1L3R2	T2L0R2	T2L1R2	T2L2R2	T2L3R2
3�	T1L0R3	T1L1R3	T1L2R3		T1L3R3	T2L0R3	T2L1R3	T2L2R3	T2L3R3

 

 

 

Proceso de obtenci�n del cuero

La piel se obtuvo de proveedores (Ambato, provincia de Tungurahua). �sta fue transportada en c�maras frigor�ficas acondicionadas a una temperatura de 10�C hasta la f�brica de cueros �El AL-CE�, donde se procedi� a la elaboraci�n del cuero (Guano, provincia de Chimborazo). La cantidad requerida de cuero para las 3 repeticiones del experimento fue de 24 unidades, cantidad suficiente para realizar los an�lisis f�sico-mec�nicos. Los insumos que se necesitaron para este proceso como curtientes, grasas, �cidos, bases, acabados, etc., se obtuvieron en tiendas especializadas (Ambato, provincia de Tungurahua).

Procedimiento en la elaboraci�n del cuero

La piel de origen vacuno sigui� un mismo protocolo de curtici�n, en la cual se utiliz� el pol�mero Zetestan-GF en el proceso como agente engrasante y rellenante alternativo, la cual se compar� con un tratamiento control (blanco) utilizando engrasantes tradicionales (Grasa PROVOL BA, Sulphyrol HF, Synthol y rellenante de faldas). Elaborados mediante el protocolo utilizado en la industria de cueros �EL ALCE�, el cual se detalla a continuaci�n:

Fig. 2. Protocolo utilizado en el proyecto de investigaci�n en base a los procesos de la industria de cuero EL AL-CE (2020).

An�lisis de calidad de la materia prima

Para determinar la calidad en pieles se realiz� un muestreo por conveniencia (Puente, 2018) que selecciona la piel seg�n las necesidades del investigador. El cuero tratado ha sido seleccionado con las siguientes caracter�sticas:

Tabla 2.

Par�metros que deben cumplir las pieles procesadas

Nota: Par�metros para la selecci�n de pieles empleado por Puente (2018)

Acondicionamiento de las muestras

Para el an�lisis de las diferentes muestras se aplicaron condiciones ambientales de temperatura 23�C y humedad relativa del 50% par�metros de ambiente en las probetas de cuero para los an�lisis f�sico-mec�nicos que se detallan en la siguiente tabla:

Tabla 3.

Par�metros ambientales para los an�lisis f�sico-mec�nicos del cuero.

 

 

 

 

Preparaci�n de muestras (Probetas)

Se realiz� la extracci�n de las probetas en referencia a la norma NTE INEN 551 (1981). Las extracciones de las probetas tuvieron su peculiaridad dependiendo el tipo de ensayo a se determin� si su forma fue rectangular o circular.

Lavado de las muestras

Para el proceso de lavado de las probetas de cuero se utiliz� m�quina de lavar bajo condiciones espec�ficas durante los diferentes lavados basadas en el ciclo de lavado para prendas delicadas conjuntamente con el porcentaje de 0,041% de detergente en polvo comercial y 8,86% de agua potable por kilogramo de muestra.

An�lisis f�sico-mec�nico

Resistencia a la tensi�n

• La norma internacional IUP-6 especifica un m�todo para determinar la resistencia a la tensi�n, as� como el porcentaje de elongaci�n. Es aplicable a todo tipo de pieles. Una pieza de prueba (probeta) se extiende a una velocidad especificada hasta que las fuerzas alcanzan un valor predeterminado o hasta que la pieza de prueba se rompe. Para ello se utiliz� el dinam�metro.

La resistencia a la tensi�n, R, se expresa en newtons por cent�metro cuadrado, se calcul� usando la siguiente ecuaci�n:

donde:

𝑅 es la resistencia a la tensi�n (N/cm2)

𝐶 es la fuerza m�s alta registrada, en newtons (N);

A es el ancho medio de la probeta, en cent�metros (cm);

𝑒 es el espesor medio de la probeta, en cent�metros (cm).�

Porcentaje de Elongaci�n

Para esta prueba se utiliz� el dinam�metro basado en el m�todo IUP 6, considerando que el l�mite m�nimo permisible para los cueros terminados es de 40 %.

Para determinar el valor del porcentaje de elongaci�n se debe aplicar la siguiente ecuaci�n:�

Donde:

𝐿₂=Longitud a la rotura de la probeta

𝐿₀=Longitud inicial de la probeta

Para determinar el valor de la longitud a la rotura de la probeta 𝐿2:

D�nde:

De= Deformaci�n de la probeta

Lastometr�a

Para esta prueba se utiliz� el m�todo IUP 9 basado en el last�metro, se coloca una probeta en forma circular en el equipo y se aplica una carga en el centro del cuero hasta la fisura de la flor, para obtener la presi�n necesaria aplicada. Por otra parte, para determinar el valor de lastometria se aplica una f�rmula que permite obtener este valor en mm, a partir del valor de la presi�n en bares. El l�mite m�nimo permisible que deben presentar los cueros terminados es 7 mm, seg�n la norma. De acuerdo a Puente (2018), el procedimiento id�neo es:

• Colocar en el last�metro una probeta circular con la flor hacia afuera.
• La abrazadera debe estar fija sujetando al disco, se debe aplicar una carga mayor de 80 kg.
• Identificar el valor de la ruptura de la flor del cuero y verificar si cumple con el valor est�ndar requerido en la norma.

Flexometr�a

La determinaci�n de la resistencia a la flexi�n del cuero en estado seco o h�medo y de los acabados aplicados al mismo se calculan a todo tipo de pieles con un espesor menor de 3.0 mm. Para este an�lisis, la muestra se dobla y se sujeta en la abrazadera superior m�vil, que incluye en un par de placas planas pivotantes con un espesor m�ximo de 4 mm con la superficie a ensayar hacia adentro y en una mordaza fija ubicada en el mismo plano vertical que (abajo) la mand�bula superior, que consta de dos placas planas para sujetar muestras con la superficie a ensayar hacia fuera. La mordaza superior produce un pliegue a lo largo de toda la probeta. La probeta se examina peri�dicamente para detectar da�os seg�n la norma NTE INEN ISO 5402-1, 2014.

Suavidad

�Este m�todo se aplic� a todas las pieles en bruto que no sean duras y se midan en mm. En este caso, una barra cil�ndrica de cierto peso se baja a cierta velocidad sobre la zona de piel que se sujeta firmemente. La tensi�n de la piel se registra como suavidad, con una precisi�n de un micr�metro de 0.1 mm, para medir directamente la distensi�n del cuero producida por la carga. La fuerza efectiva total de ensayo se compone del peso total de la varilla y de la masa cil�ndrica de 5.2 � 0,1 N m�s una fuerza operacional constante de 1,2 � 0,2 N, y una fuerza adicional lineal creciente del resorte de 0.4 � 0.1 N (con una deformaci�n del resorte de 5 mm), de forma que la fuerza efectiva total del ensayo es del orden de entre 6.4 N y 7.2 N seg�n la norma ISO 17235.

An�lisis estad�stico

La tabulaci�n de datos se realiz� en el programa Microsoft Excel 2010. Para el an�lisis estad�stico de los datos se utiliz� el programa SAS versi�n 9.0. Se aplic� un ANOVA de medidas repetidas a las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del cuero control y cuero aplicado pol�mero Zetestan-GF, y para determinar las diferencias de las medias se utiliz� la prueba de Tukey (P< 0.05).

 

Resultados y discusi�n

Evaluaci�n de las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del cuero control y cuero aplicado pol�mero zetestan-gf durante los diferentes lavados

En la tabla 4 se muestran los resultados de la evaluaci�n de las caracter�sticas f�sico-mec�nicas del cuero control y cuero aplicado pol�mero Zetestan-GF, con la aplicaci�n de 0, 1, 2 y 3 lavados.

Tabla 4.

Evaluaci�n de las caracter�sticas f�sico- mec�nicas del cuero tipo vestimenta por efecto de la interacci�n entre la presencia de pol�mero por el n�mero de lavadas. 

_a-c Valores medios de la misma variable en la misma fila con diferente super�ndice difieren significativamente (p>0,05). T1L0: tratamiento control sin lavar, T₁L₁, T₁L₂ y T₁L₃: tratamiento control que se aplic� 1, 2 y 3 lavados. T₂L₀: tratamiento con Zetestan-GF, T₂L₁, T₂L₂ y T₂L₃: tratamiento con Zetestan-GF que se aplic� 1, 2 y 3 lavados.

 

 

Suavidad

Para el par�metro de suavidad se observ� que no existieron diferencias entre los tratamientos, con excepci�n del tratamiento donde no se aplic� el lavado y se utiliz� el pol�mero Zetestan-GF (T₂L₀) que presento valores menores de suavidad con respecto a los dem�s. La presencia del pol�mero puede ocasionar que el comportamiento de movimiento de la fibra de col�geno haya jugado un papel importante en la suavidad (Liao et al., 2005). Incluso aunque la cadena hidrof�bica de pol�mero podr�a lubricar el movimiento de fibra de col�geno, el puente de hidr�geno entre las fibras de col�geno podr�a dificultar el movimiento, lo que llev� a que la suavidad no mejore.

Resistencia a la tensi�n

De acuerdo a los resultados se observ� que a medida que el n�mero de lavados aumenta, la resistencia a la tensi�n disminuye para ambos tratamientos. La evaporaci�n del agua de los capilares produce una retracci�n fibrilar resultando un cuero r�gido en ciertas �reas, generando que el efecto de secado posterior a cada lavado provoque cambios fisicoqu�micos, como la reducci�n del contenido de humedad del cuero y la contracci�n de su superficie, estos cambios fueron m�s evidentes en las muestras sin la presencia del pol�mero.

Porcentaje de elongaci�n ���

Los resultados indican que en ambos tratamientos el porcentaje de elongaci�n disminuye, a medida que se incrementa el n�mero de lavados, presentando diferencias cuando al tratamiento sin la aplicaci�n del pol�mero se aplic� el segundo lavado. Por otro lado, el tratamiento que tuvo la aplicaci�n del pol�mero presento diferencias �nicamente cuando no se aplic� lavado. Estos resultados tienen correspondencia con lo observado en el par�metro de resistencia a la tensi�n, debido a que cada lavado seguido del secado genera perdidas de humedad en las muestras provocando cueros m�s rigidos y por ende con menores porcentajes de elongaci�n.��

Lastometr�a

En el par�metro de lastometr�a no se observaron diferencias en ninguno de los tratamientos, determinando que la aplicaci�n del pol�mero no influye en la prueba de lastometr�a durante los diferentes lavados, todas las muestras analizadas presentaron valores superiores a 7 mm, encontr�ndose dentro de los par�metros que establece la norma IUP 9.

Flexometr�a en seco

De acuerdo a los valores medios obtenidos en las evaluaciones de flexometr�a en seco del cuero vacuno por efecto de la interacci�n entre el uso de pol�mero y el n�mero de lavados, se observ� que a medida que aumenta el n�mero de lavados los valores van disminuyendo, siendo evidente cuando el tratamiento sin pol�mero presenta su segundo y tercer lavado, por otro lado, el tratamiento con pol�mero los valores van disminuyendo a partir del tercer lavado. Adem�s, se observ� que el tratamiento con la presencia del pol�mero tiene valores mayores de flexometr�a en seco. Los valores obtenidos se encuentran dentro de los par�metros establecidos IUP donde se establece que un cuero debe cumplir una cantidad mayor a 50000 flexiones. Estos resultados nos indican que al secar el cuero se produce una contracci�n de la superficie, provocando que los capilares se cierren produciendo una serie de enlaces qu�micos en la estructura del cuero resultante.

Flexometr�a en h�medo

Con respecto al par�metro de la flexometr�a en h�medo, se evidenci� el mismo comportamiento que con el par�metro de flexometr�a en seco, donde se observ� que a medida que aumenta el n�mero de lavados los valores van disminuyendo en ambos tratamientos. Adem�s, se obtuvo valores superiores a 20.000 flexiones, los mismos que tienen correspondencia a lo que establece la norma IUP. Al igual que la flexometr�a en seco se observa una contracci�n de la superficie del cuero resultante.

 

Conclusiones

La valoraci�n de las resistencias f�sicas del cuero tipo vestimenta durante el proceso de curtido, registra las respuestas m�s altas en los cueros sin aplicaci�n de pol�mero Zetestan-GF, espec�ficamente en suavidad, resistencia a la tensi�n y porcentaje de elongaci�n. En cuanto a la valoraci�n de lastometria, flexometr�a en seco y h�medo, los cueros a los cuales se les aplico pol�meros consiguieron las respuestas m�s altas, considerando que, para la confecci�n de art�culos de vestimenta las exigencias de calidad son muy estrictas por ello el cuero debe poseer altas resistencias f�sicas. Adem�s, la resistencia a la tensi�n y la lastometria aumenta con el tercer lavado, mientras que la suavidad y la flexometr�a en seco disminuye, con lo que se puede afirmar que al utilizar condiciones controladas de producci�n y crear protocolos estandarizados se puede producir cueros de calidad.� As� mismo al revisar el margen de utilidad se puede observar que el lote de cueros tratados con pol�mero Zetestan-GF, supera los m�rgenes de ganancia en comparaci�n con las muestras sin pol�mero, es decir es rentable la producci�n de este tipo de cueros ya que se alcanza un mayor beneficio costo, por ende, se recomienda realizar m�s investigaciones sobre el uso del pol�mero Zetestan-GF en la elaboraci�n del cuero lavable tipo vestimenta.

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� 2023 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)

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