Modelo computacional para la determinación de los parámetros constructivos de un molino panelero con base en su consumo.

Los parámetros constructivos de los molinos paneleros se han obtenido a lo largo del tiempo de manera empírica, sin una fundamentación teórica que permita tener certeza referente a su desarrollo constructivo. Pese a que, a partir de los molinos paneleros y su producto final, la panela, del cual much...

Full description

Autores:
Arias Grisales, Manuel Esteban
Molina Puente, Nicolás
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15044
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/15044
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
630 - Agricultura y tecnologías relacionadas::631 - Técnicas específicas, aparatos, equipos, materiales
Panela
Maquinaria agrícola - Industria
Industrias
Ingeniería Mecánica
Molino panelero
Caña de azucar
Parámetros constructivos
Modelo computacional
Python
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openAccess
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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description Los parámetros constructivos de los molinos paneleros se han obtenido a lo largo del tiempo de manera empírica, sin una fundamentación teórica que permita tener certeza referente a su desarrollo constructivo. Pese a que, a partir de los molinos paneleros y su producto final, la panela, del cual muchas familias colombianas obtienen su sustento, este objeto de estudio ha tenido poco protagonismo en el desarrollo de investigaciones en torno al campo agroindustrial. Es por esto, que el presente estudio busca desarrollar una metodología de diseño para los molinos paneleros a través método científico. Esto, integrándose con las nuevas tecnologías mediante un modelo computacional, con el fin de brindar una herramienta fundamentada en una metodología teórica-experimental que proporcione los parámetros constructivos y de funcionamiento en el proceso de molienda, beneficiando a las comunidades dependientes de este proceso en Colombia. Así mismo, se destaca la relevancia económica y social de los molinos paneleros en las comunidades colombianas, enfatizando como la mejora de la eficiencia en el proceso de molienda puede impactar positivamente en el sustento de las familias locales. Por otra parte, se considera la sostenibilidad ambiental, aportando en como la optimización de los molinos puede contribuir a prácticas más respetuosas con el medio ambiente. Con respecto a la participación de las comunidades, esta se contempla como un componente esencial en el desarrollo de la metodología, reconociendo la valiosa experiencia empírica local. Además, se realiza una breve comparación con métodos existentes, destacando las innovaciones introducidas, y se explora el potencial de replicabilidad en diferentes contextos geográficos y socioculturales. Por lo cual, se reconoce la importancia de abordar desafíos y limitaciones potenciales de la implementación, asegurando la transparencia en el proceso de investigación. Este enfoque integral no solo busca mejorar la eficiencia de los molinos paneleros, sino también promover la sostenibilidad, la participación comunitaria y la replicabilidad en beneficio de las comunidades colombianas.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessDíaz Arias, AlexanderArias Grisales, Manuel EstebanMolina Puente, Nicolás2024-03-06T16:51:36Z2024-03-06T16:51:36Z2024https://hdl.handle.net/11059/15044Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeLos parámetros constructivos de los molinos paneleros se han obtenido a lo largo del tiempo de manera empírica, sin una fundamentación teórica que permita tener certeza referente a su desarrollo constructivo. Pese a que, a partir de los molinos paneleros y su producto final, la panela, del cual muchas familias colombianas obtienen su sustento, este objeto de estudio ha tenido poco protagonismo en el desarrollo de investigaciones en torno al campo agroindustrial. Es por esto, que el presente estudio busca desarrollar una metodología de diseño para los molinos paneleros a través método científico. Esto, integrándose con las nuevas tecnologías mediante un modelo computacional, con el fin de brindar una herramienta fundamentada en una metodología teórica-experimental que proporcione los parámetros constructivos y de funcionamiento en el proceso de molienda, beneficiando a las comunidades dependientes de este proceso en Colombia. Así mismo, se destaca la relevancia económica y social de los molinos paneleros en las comunidades colombianas, enfatizando como la mejora de la eficiencia en el proceso de molienda puede impactar positivamente en el sustento de las familias locales. Por otra parte, se considera la sostenibilidad ambiental, aportando en como la optimización de los molinos puede contribuir a prácticas más respetuosas con el medio ambiente. Con respecto a la participación de las comunidades, esta se contempla como un componente esencial en el desarrollo de la metodología, reconociendo la valiosa experiencia empírica local. Además, se realiza una breve comparación con métodos existentes, destacando las innovaciones introducidas, y se explora el potencial de replicabilidad en diferentes contextos geográficos y socioculturales. Por lo cual, se reconoce la importancia de abordar desafíos y limitaciones potenciales de la implementación, asegurando la transparencia en el proceso de investigación. Este enfoque integral no solo busca mejorar la eficiencia de los molinos paneleros, sino también promover la sostenibilidad, la participación comunitaria y la replicabilidad en beneficio de las comunidades colombianas.The constructive parameters of panela mills have been obtained empirically over time, lacking a theoretical foundation that ensures certainty regarding their constructional development. Despite the significance of panela mills and their final product, panela, which sustains many Colombian families, this subject has received little attention in agro-industrial research. This study aims to develop a design methodology for panela mills using the scientific method. It integrates with new technologies through a computational model to provide a tool based on a theoretical-experimental methodology, offering constructive and operational parameters in the grinding process. This initiative aims to benefit communities dependent on this process in Colombia. The economic and social relevance of panela mills in Colombian communities is emphasized, highlighting how improving efficiency in the milling process can positively impact the livelihoods of local families. Environmental sustainability is also considered, illustrating how optimizing mills can contribute to more environmentally friendly practices. Community participation is recognized as an essential component in the methodology's development, acknowledging the valuable local empirical experience. A brief comparison with existing methods is provided, highlighting introduced innovations, and the potential for replicability in different geographical and sociocultural contexts is explored. The study acknowledges the importance of addressing potential challenges and limitations in implementation, ensuring transparency in the research process. This comprehensive approach not only seeks to enhance the efficiency of panela mills but also aims to promote sustainability, community participation, and replicability for the benefit of Colombian communities.Resumen .............................................................................................................................. 6 Abstract ............................................................................................................................... 7 Tabla de Contenido ............................................................................................................. 8 Índice de Figuras ............................................................................................................... 10 Índice de Tablas ................................................................................................................ 11 1. Introducción ............................................................................................................ 12 1.1 Contextualización del problema .......................................................................... 12 1.2 Motivación .......................................................................................................... 13 1.3 Objetivos planteados ........................................................................................... 14 1.3.1 Objetivo general ............................................................................................ 14 1.3.2 Objetivos específicos ..................................................................................... 14 1.4 Contribución del trabajo ...................................................................................... 14 1.5 Organización del documento ............................................................................... 15 2. Revisión bibliográfica. ............................................................................................ 15 2.1 Proceso de molienda............................................................................................ 15 2.2 Clasificación de los molinos paneleros ............................................................... 17 2.2.1 De acuerdo con la orientación de los rodillos. .............................................. 17 Molinos verticales: .................................................................................................... 18 Molinos horizontales: ................................................................................................ 18 2.2.2 Fuentes de energía. ........................................................................................ 19 Energía animal: ......................................................................................................... 19 Energía hidráulica: .................................................................................................... 19 Energía eléctrica: ....................................................................................................... 19 Motores de combustión interna: ................................................................................ 20 2.3 Partes principales de un molino panelero ............................................................ 20 2.4 Variedades de caña panelera ............................................................................... 21 POJ 28-78 ...................................................................................................................... 22 CO 421: ......................................................................................................................... 22 CC 84-75: ...................................................................................................................... 22 3. Desarrollo teórico.................................................................................................... 23 3.1 Determinación de la densidad de la caña ............................................................ 23 3.2 Determinación de la expresión de Velocidad de molienda (). ...................... 26 3.3 Determinación del número de tallos de caña (NC). ............................................ 26 3.4 Determinación de la longitud de los rodillos. ..................................................... 27 3.4.1 Primera forma de determinar la longitud de los rodillos (). ..................... 27 3.4.2 Segunda forma de determinar la longitud de los rodillos (). .................... 27 3.4.3 Equivalencia entre las dos expresiones de longitud ...................................... 30 3.5 Determinación de la relación entre longitud y diámetro de los rodillos (L/D). .. 31 3.6 Determinación de la Velocidad Angular (). ..................................................... 33 3.7 Determinación de la Potencia Requerida (P). ......................................................... 34 4. Modelo computacional............................................................................................ 36 4.1 Pseudocódigo y diagrama de flujo ...................................................................... 36 4.2 Modelos computacionales. .................................................................................. 38 4.2.1 Modelo computacional usado Google Colab. ............................................... 38 4.2.2 Modelo computacional ejecutable. ................................................................ 49 5. Validación experimental y comparativa ................................................................. 63 5.1 Comparación del modelo computacional frente a molino construido................. 63 5.2 Comparación del modelo computacional frente a molinos comerciales. ............ 69 Amagá vs Modelo computacional ............................................................................. 71 Apolo vs Modelo computacional .............................................................................. 71 El cóndor vs Modelo computacional......................................................................... 72 La Capana vs Modelo computacional ....................................................................... 72 Gaitán vs Modelo computacional ............................................................................. 72 Gerrey vs Modelo computacional ............................................................................. 73 El panelero vs Modelo computacional ...................................................................... 73 Penagos vs Modelo computacional ........................................................................... 73 Tornometal vs Modelo computacional...................................................................... 74 5.1 Comparación entre fabricantes de molinos comerciales. .................................... 74 Amagá vs El panelero ............................................................................................... 74 Gerrey vs El panelero ................................................................................................ 74 5.2 Conclusiones del capitulo.................................................................................... 74 Conclusiones y recomendaciones futuras. .................................................................... 75 Referencias bibliográficas ................................................................................................. 77 Índice de Figuras Figura 1.1 Cadena productiva. (CINSET & CAR, 1997)................................................................................. 12 Figura 2.1 Condiciones de agarre modificadas de los ................................................................................. 16 Figura 2.2 Transformación de la sección transversal del tallo de caña. (Díaz, 2014) .................................. 17 Figura 2.3 Esquematización del acortamiento en altura ............................................................................. 17 Figura 2.4 Molino vertical. (García & S.G., 1989). ....................................................................................... 18 Figura 2.5 Molino horizontal. (García & S.G., 1989) .................................................................................... 19 Figura 2.6 Despiece isométrico de un molino de tres rodillos con transmisión externa. (García & S.G., 1989) ........................................................................................................................................................... 21 Figura 3.1 Semejanza geométrica entre el tallo de caña y un cilindro. (Elaboración propia). .................... 24 Figura 4.1 Pseudocódigo y diagrama de flujo. (Elaboración propia). .......................................................... 37 Figura 4.2 Plataforma Google Colab. .......................................................................................................... 38 Figura 4.3 Creación de un nuevo cuaderno en Google Colab. .................................................................... 39 Figura 4.4 Indicación para ubicación de código de programación Google Colab. ...................................... 39 Figura 4.5 Código de programación ingresado en Google Colab. ............................................................... 40 Figura 4.6 Tablas propiedades físicas tallos de caña. .................................................................................. 40 Figura 4.7 Indicaciones para cargar tablas de Excel en Google Colab. ........................................................ 41 Figura 4.8 Carga correcta de tablas de Excel. .............................................................................................. 41 Figura 4.9 Indicaciones para ejecutar el código en Google Colab............................................................... 42 Figura 4.10 Ejemplo de resultados. ............................................................................................................. 42 Figura 4.11 Carpeta con archivos. ............................................................................................................... 49 Figura 4.12 Ventana emergente solicitando la carga del archivo de Excel. ................................................ 50 Figura 4.13 Selección de tablas de Excel. .................................................................................................... 50 Figura 4.14 Ingreso de la necesidad de consumo. ...................................................................................... 51 Figura 4.15 Ingreso del número correspondiente al tipo de caña. ............................................................. 51 Figura 4.16 Cuadro de dialogo confirmando el tipo de caña. ..................................................................... 51 Figura 4.17 Ventana de resultados .............................................................................................................. 52 Figura 4.18 Esquema molino panelero. (Elaboración propia). .................................................................... 52 Figura 5.1 Molino físico. (Díaz, 2014) .......................................................................................................... 63 Figura 5.2 Preparación de las cañas de azúcar. ........................................................................................... 64 Figura 5.3 Presentación de las 12 caña de azúcar. ...................................................................................... 64 Figura 5.4 Pinza voltiamperimétrica ........................................................................................................... 66 Figura 5.5 Tallos de caña después de ser procesadas. ................................................................................ 66 Índice de Tablas Tabla 3.1 Determinación de la densidad volumétrica (). .......................................................................... 25 Tabla 3.2 Datos geométricos molinos comerciales ..................................................................................... 32 Tabla 5.1 Longitud y diámetro de los tallos de caña. .................................................................................. 65 Tabla 5.2 Resultados de la experimentación y cálculo de potencia. ........................................................... 67 Tabla 5.3 Comparación entre molino construido y modelos computacional. ............................................ 69 Tabla 5.4 Catálogo molinos comerciales. .................................................................................................... 70 Tabla 5.5 Comparativa Amagá vs Modelo computacional .......................................................................... 71 Tabla 5.6 Comparativa Apolo vs Modelo computacional ............................................................................ 71 Tabla 5.7 Comparativa El cóndor vs Modelo computacional ...................................................................... 72 Tabla 5.8 Comparativa La Capana vs Modelo computacional ..................................................................... 72 Tabla 5.9 Comparativa Gaitán vs Modelo computacional........................................................................... 72 Tabla 5.10 Comparativa Gerrey vs Modelo computacional ........................................................................ 73 Tabla 5.11 Comparativa El panelero vs Modelo computacional ................................................................. 73 Tabla 5.12 Comparativa Penagos vs Modelo computacional ...................................................................... 73 Tabla 5.13 Comparativa Tornometal vs Modelo computacional ................................................................. 74 Tabla 5.14 Comparativa Amagá vs El panelero ........................................................................................... 74 Tabla 5.15 Comparativa Gerrey vs El panelero ...........................................................................................PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)77 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira630 - Agricultura y tecnologías relacionadas::631 - Técnicas específicas, aparatos, equipos, materialesPanelaMaquinaria agrícola - IndustriaIndustriasIngeniería MecánicaMolino paneleroCaña de azucarParámetros constructivosModelo computacionalPythonModelo computacional para la determinación de los parámetros constructivos de un molino panelero con base en su consumo.Trabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAgrosavia. 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Medellín: Gobernación de Antioquia-FAO-CORPOICA.PublicationORIGINALTRABAJO DE GRADO.pdfTRABAJO DE GRADO.pdfapplication/pdf2508559https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/6e870989-fffd-4b3a-9c36-13d95f030f46/download525e86cb2b37312e2a1039cebb113c7bMD51autorizacion-prueba.pdfapplication/pdf1264162https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/caa4ad7a-8928-4b6f-9af9-b9754585b89c/downloadedea0038f5059d5e88b66dbc61ea3c5eMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/85053a8c-3255-4b72-b29b-bb7e0fb06eda/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTTRABAJO DE GRADO.pdf.txtTRABAJO DE GRADO.pdf.txtExtracted texttext/plain113473https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/32771e11-419d-480f-abe9-4389523a6a81/download5c98075dd9291b2fff650cf09590f7c0MD53autorizacion-prueba.pdf.txtautorizacion-prueba.pdf.txtExtracted texttext/plain49639https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/a25b9576-16c7-4b43-b641-f2fad590c8b6/download9f6fe74e4937990e24cf9231126a8759MD56THUMBNAILTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg6842https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/79c4ff41-26a2-4845-9a68-e1ff74da2c68/download26da02ea4bfac2b1137b065f5bd3184cMD54autorizacion-prueba.pdf.jpgautorizacion-prueba.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg18618https://dspace7-utp.metabuscador.org/bitstreams/aba4c666-c4a3-4130-a799-303d7be4df22/download5d504123cd29a87cd9c4251354594981MD5711059/15044oai:dspace7-utp.metabuscador.org:11059/150442024-09-05 16:48:01.443https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. 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(Artículo 2 de la ley 23 de 1982).open.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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