9. Energias Alternativas

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ENERGÍAS ALTERNATIVAS

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energias alternativas futuras

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Generacin de energas alternativas

ENERGAS ALTERNATIVASCONTENIDOEnerga ElicaEnerga Geotrmica Energa SolarEnerga HidrulicaBiocombustibles ( bietanol ,biodiesel, biomasa)Energa Nuclear

DefinicinGeneracin Ventajas y desventajasAplicaciones Produccin MundialProduccin Colombia * Es aquella que podemos obtener de la fuerza del viento, o sea, la energa cintica generada por efecto de las corrientes de aire y que es transformada en otras formas tiles para la actividad humana.

* La energa elica es una forma indirecta de energa solar porque el viento surge de las diferencias de temperaturas y de presiones en la atmsfera debido a radiaciones solares.

ENERGA ELICAGENERACIN

El generador elico transforma la energa del viento en corriente y se conecta directamente al banco de bateras. Posee un sofisticado regulador electrnico de voltaje que vigila permanentemente el estado de carga de las bateras, mantiene un riguroso control sobre su velocidad de giro y compensa las prdidas de tensin en la lnea de conduccin.

GENERADOR ELICO

* El origen de la misma se fundamenta en la desigual distribucin de la energa solar en la atmsfera, que a su vez incide sobre el movimiento de las masas de aire.

* La energa elica es una funcin creciente de la altura respecto al suelo y respecto al nivel del mar.

* Los obstculos naturales y artificiales influyen mucho sobre su rendimiento.

* Al no requerir de procesos de combustin ni de una etapa de transformacin trmica, es muy favorable a nivel ambiental.

* Puede coexistir con otros usos del suelo, mientras estos no representen un obstculo que disminuya la velocidad del viento.

* Reduce el trfico, martimo y terrestre, que se genera alrededor de las centrales de otras fuentes energticas que conlleva el transporte del recurso, sin contar tambin la contaminacin y el gasto que requiere este proceso de transporte.

* No tiene riesgo alguno de generar materiales dainos para el ambiente, txicos o radioactivos que puedan afectar de manera negativa la vida del hombre.

* No requiere de lneas de abastecimiento cmo los canales en las refineras petroleras o en las centrales de gas.

* Presenta nula incidencia sobre las caractersticas fsico-qumicas del suelo, ni aumenta la probabilidad de erosin ni de movimientos geolgicos.* Al finalizar la vida til de las instalaciones, el desmantelamiento de ellas no deja huella o rastro alguno en el lugar donde se encontraban.

VENTAJASDESVENTAJAS* Producen contaminacin auditiva y visual (por los aerogeneradores).

* Hay distintos momentos del ao en los cuales la velocidad del viento es menor, y esto hace que las mquinas produzcan menos energa.

* La mayor demanda de energa se da durante el da, y el viento es ms fuerte durante la noche cuando la demanda no es tan alta.

* El aire al ser un fluido de pequeo peso especfico necesita de la fabricacin de mquinas grandes, y en consecuencia costosas.

El desalinizador elico

Un desalinizador elico, es un sistema que potabiliza el agua mediante la tcnica de smosis inversa aprovechando la accin del aire.

La energa del viento es aprovechada para ejercer presin sobre una columna de agua salada, que al estar en contacto con una lmina semi-impermeable, slo permite que pase al depsito de la derecha, agua pura y lista para ser bebida.

Son ms eficientes que plantas desalinizadoras que aprovechan la energa solar, pudiendo trabajar las 24 horas del da en zonas de vientos constantes y en las que hay problemas para obtener energa del sol.

APLICACIONES

Puente peatonal con turbinas elicasEst hecho de acero y aluminio. Cuando este sopla, las cinco turbinas que acogen al puente giran a diferentes velocidades en derredor de la gente que pasa caminando. Tres de las cinco ruedas giran en una direccin mientras que las otras dos giran para el lado contrario. Cuando el viento las gira en diferentes sentidos y velocidades producen sonidos electrnicos diferentes. Y lo ms importante, al menos para nosotros, produce y almacena tanta energa como un molino de viento.

Jantzen lo invent como una atraccin arquitectnica y para generar energa en lugares barridos por el viento frecuentemente.

PRODUCCIN MUNDIAL

Fuente: Statistical Review of World Energy 2011

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica

Jeprachi, en La Guajira, es el nico parque elico en Colombia y tiene 15 aerogeneradores. Empez a operar en abril del 2004 y a 2010 cuenta con una capacidad de generacin elctrica de 19,5 megavatios, que representan el 0,15% del potencial nacional.

Durante los dos primeros aos de operacin, el parque aliment la red elctrica nacional con aproximadamente 120 GWh.

Jeprachi cuenta con 15 equipos de fabricacin alemana de la compaa Nordex, cada uno con una potencia nominal de 1.3 MW, para una potencia nominal total en el parque de 19.5 MW. Cada equipo tiene 60 metros de dimetro y 60 metros de altura de torre.

PRODUCCIN COLOMBIA * Solamente en regin Caribe se cuenta con un potencial efectivo de conversin de energa elica a energa elctrica de 20.000 MW en parques elicos. Ahora, si se quisiera extender a zonas de playa o al mar, este potencial se podra duplicar.

* Entre las zonas con buenos vientos en el territorio nacional se encuentran las Islas de San Andrs y Providencia, los alrededores de Villa de Ley-va, Ccuta, Santander, Risaralda, el Valle del Cauca, el Huila y Boyac.

* Los vientos en Colombia estn entre los mejores de Sudamrica. En el departamento de la Guajira han sido clasificados vientos clase 7. La nica regin con esta clasificacin en Latinoamrica es la Patagonia.

* Colombia tiene un potencial estimado de energa elica de 21GW solamente en el departamento de la Guajira (lo suficiente para satisfacer casi dos veces la demanda nacional de energa). Sin embargo, el pas solamente ha instalado 19.5MW en energa elica, explotando 0.4% de su potencial terico.

COLOMBIA* La expresin Geotrmico viene del griego geo: "Tierra", y thermos,: "calor"; literalmente "calor de la Tierra.

* La energa geotrmica es aquella energa que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

* La energa geotrmica se origina entre la corteza y el manto superior de la Tierra y est ligada a una fuente de calor magmtica. Esta energa es la responsable de varios fenmenos naturales entre los que estn el movimiento de los continentes, los volcanes y los terremotos.

Energa geotrmica

* El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente geotrmico y el calor radiognico.

* La ciencia encargada de estudiar el calor interior de la tierra se denomina geotermia, y tiene como objetivo localizar yacimientos naturales de agua caliente, fuente de la energa geotrmica.

* Los principales mecanismos de propagacin de calor de la Tierra son la conduccin (corteza), conveccin (manto) y radiacin (manto).

* Los geofsicos consideran que el origen del calor interno de la Tierra es debido al calor remanente del estado primitivo de la Tierra, y por la energa liberada en desintegracin natural de elementos radiactivos.GENERACINSe extrae el fluido geotrmico consistente en vapor, agua y otros materiales, de los pozos de explotacin .

El vapor sale hacia unas turbinas movidas por un generador que produce energa elctrica.

3. El vapor es enfriado y condensado en dispositivos como torres y lagunas, para as re-inyectarse en periferia de reserva para mantener su presin.

*Si la reserva se va a utilizar para la aplicacin de calor directo, el agua geotrmica es alimentada normalmente a su intercambiador de calor antes de ser inyectada de regreso a la tierra.

Yacimiento geotrmico

* Menos infraestructuras para el transporte de energa. * El calor de la tierra est a nuestra disposicin a lo largo del ao y no depende de ciclos meteorolgicos.

* El costo de producir electricidad en plantas geotrmicas es menor comparado con otros tipos de energa.

* Las plantas geotrmicas emiten esencialmente vapor de agua, por lo que su contaminacin ambiental es pequea.

* La disminucin de ruidos (maquinaria en salas de mquinas), escaso impacto esttico, porque las centrales carecen de unidades exteriores.

* Las plantas pequeas geotrmicas acceden a regiones apartadas.

* La posible induccin de terremotos.

* Deterioro del paisaje cercano a las centrales geotrmicas.* Alto costo en la produccin de plantas geotrmicas ya que se debe perforar, en mayora de casos, a altas profundidades para encontrar su fuente de energa.

* Contaminacin de aguas prximas con sustancias como arsnico y amonaco.

* No se puede transportar como energa primaria.

* Hundimiento del terreno cuando la extraccin del agua es mayor que la reinyeccin de la misma.

* Emisin de cido sulfhdrico y de CO2.

VENTAJASdesventajasAPLICACIONESUSOS DIRECTOS:

USOS INDIRECTOS:

Fuente: Statistical Review of World Energy 2011

Produccin mundial* La utilizacin actual est limitada a unas pocas docenas de piscinas de bao con calefaccin geotrmica que en conjunto tienen una capacidad trmica de unos 13 megavatios trmicos (MWt) y un consumo de energa anual de 270 TJ.

* Hay un proyecto de 150 MWe de energa geotrmica en las etapas de planificacin, patrocinado por Geotermia Andina, que se encuentra cerca de Villamara en Caldas.

* Colombia establecer las bases para su primer proyecto de energa geotrmica con una donacin de US$2,7 millones del Fondo para el Medio Ambiente Mundial (FMAM) administrada por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID).

* El IPSE y la Organizacin Latinoamericana de Energa han identificado tres reas con potencial de energa geotrmica:

Produccin Colombia

Volcn Azufral

Cerro Negro-Tufio

PaipaPotencial de principales fuentes de energa geotrmica

25La energa solar es la energa obtenida mediante la captacin de la luz y el calor emitidos por el Sol (fotones).

La luz solar llega a la Tierra en forma de radiaciones electromagnticas de alta y baja frecuencia, las cuales son llamadas energa solar fotovoltaica y trmica respectivamente.

Cada ao, la superficie de la tierra recibe de la luz solar alrededor de unas 10 veces la energa contenida en las reservas conjuntas de aceite, gas natural, hulla, carbn y uranio.

ENERGA SOLARENERGA SOLARDirectaIndirectaActivaTrmicaFotovoltaicaBaja TMedia TAlta TPasivaClulasElicaTermoelctricaE. De las olas HidrulicaEs el aprovechamiento de la energa solar de forma directa, sin transformarla en otro tipo de energa, para su utilizacin inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecnicos ni aporte externo de energa.

ENERGIA SOLAR PASIVALa energa solar trmica (EST) es una tecnologa simple y muy eficaz para aprovechar una parte de esta energa. Consiste en concentrar la energa del sol y transformarla en calor, aprovechable en mltiples aplicaciones, tanto residuales como industriales.

APLICACIONES:Calentamiento y precalentamiento de agua.Calefaccin Aire calienteRefrigeracinClimatizacin de piscinasAplicaciones industriales

ENERGIA SOLAR TERMICA (T)Las energas solar trmica de media y alta temperatura son aquellas que usan tecnologas de concentradores.(colectores cilndricos parablicos, las torres de energa solar, y los sistemas disco-motor.)

SISTEMA CILINDRICO-PARABOLICO (temperaturas de 400C)

ENERGIA SOLAR TERMOELECTRICA (T -)

SISTEMA DISCO MOTOR(temperaturas de 750C)

TORRE SOLAR(temperaturas de 1000C.)

La energa solar fotovoltaica se basa en la captacin de energa solar y su transformacin en energa elctrica.ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICALas clulas fotovoltaicas son capaces de convertir la energa solar directamente en electricidad, mediante un dispositivo slido, capaz de realizar el efecto fotovoltaico.

El efecto fotovoltaico bsicamente es la produccin de energa elctrica, por la incidencia de una radiacin solar sobre la clula.

Cuando esto ocurre los electrones del material semiconductor (Si) se excitan y saltan, produciendo el flujo de electrones.

EFECTO FOTOVOLTAICOProviene de una fuente de energa inagotable.

Es un sistema de aprovechamiento de energa idneo para zonas donde el tendido elctrico no llega (campo, islas), o es dificultoso y costoso su traslado (conviene a mas de 5 Km).

Las placas fotovoltaicas tienen una larga vida til (entre 20 y 30 aos)

Permite generar energa all donde se necesita, ahorrando costos de transporte

Posee una alta eficiencia

No produce ruido.

El nivel de radiacin flucta de una zona a otra y de una estacin del ao a otra, en nuestra zona vara un 20% de verano a invierno).

Para recolectar energa solar a gran escala se requieren grandes extensiones de terreno.

Requiere gran inversin inicial.

Los lugares donde hay mayor radiacin, son lugares desrticos y alejados, (energa que no se aprovechara para desarrollar actividad agrcola o industrial, etc.).

VENTAJASDESVENTAJASCapacidad fotovoltaica instalada PV

PRODUCCIN MUNDIAL

Regiones del pas y radiacin solar (kWh / m2 / ao)

Guajira 2 000 - 2 100Costa Atlntica 1 730 - 2 000Orinoqua-Amazona 1 550 - 1 900Regin Andina 1 550 - 1 750Costa Pacfico 1 450 - 1 550

ENERGIA SOLAR EN COLOMBIA-Corresponden a aplicaciones empleadas a mediados del siglo pasado, cuando en Santa Marta fueron instalados calentadores solares en las casas de los empleados de las bananeras.

-Hacia los aos sesenta, en la Universidad Industrial de Santander se instalaron calentadores solares domsticos de origen Israel para estudiar su comportamiento.

-Estos desarrollos tuvieron su mxima expresin a mediados de los ochenta en la aplicacin masiva de calentadores en urbanizaciones en Medelln y Bogot en donde fueron instalados miles de ellos.La generacin de electricidad con energa solar empleando sistemas fotovoltaicos ha estado siempre dirigida al sector rural, en donde los altos costos de generacin originados principalmente en el precio de los combustibles, Operacin y Mantenimiento en las distantes zonas remotas, hacen que la generacin solar resulte ms econmica.CALENTADORES SOLARESSISTEMAS FOTOVOLTAICOS-La energa hidrulica tiene su origen en el sol, que proporciona la energa necesaria para que se lleve a cabo el ciclo hidrolgico.

-Se basa en el aprovechamiento del cambio de energa potencial a energa cintica por medio de corriente de ros, saltos de agua o mareas.

-Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivacin, y la instalacin de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad.

Represa de Itaip (Brasil-Paraguay)ENERGA HIDRALICA

1.Agua embalsada

2. Presa

3. Rejillas filtradoras

4. Tubera forzada

5. Conjunto turbina alternador

6. Turbina

7. Eje

8. Generador

9. Lneas de transporte de energa elctrica

10.TransformadoresCOMPONENTES DE UNA CENTRAL HIDROELCTRICA1- SEGN EL RECORRIDO DEL AGUA - Centrales de Agua Fluente: Llamadas tambin de agua fluyente. Son aquellas que no disponen de un embalse o acumulacin de agua por encima de las turbinas, por lo que la energa se produce al paso de una corriente.

- Centrales de agua embalsada: Son las que aprovechan el caudal de un rio para crear un embalse el cual regula el caudal se salida para ser turbinado en el momento necesario el cual sera una necesidad energtica.

TIPOS DE PLANTAS HIDROELCTRICAS- Centrales de bombeo: Poseen dos embalses que se encuentran situados en diferentes niveles cada uno. El agua que se encontraba en el embalse superior y fue liberada en un primer momento para producir energa, al bajar queda retenida por el segundo embalse, que bombea el agua hacia el embalse superior en las horas del da con poca demanda para que el agua sea reutilizada.

2- SEGN LA ALTURA DEL SALTO DE AGUA:

De alta presin: Tienen grandes saltos, mayores de 200 metros. Desalojan pequeos caudales inferiores a 20 m3/s.

De media presin: Poseen saltos entre 20 y 200 metros, con caudales alrededor de los 200 m3/s.

De baja presin: Con saltos menores de 20 metros y caudales que pueden alcanzar los 300 m3/s.

No emite gases "invernadero" ni provoca lluvia cida, es decir, no contamina la atmsfera

La acumulacin de agua en el lago quiere decir que la energa puede ser almacenada hasta que se necesite, cuando se libera el agua se produce electricidad.

Si la electricidad no es necesaria, las compuertas se pueden cerrar y parar la generacin de electricidad. El agua es guardada para su uso en otro momento, cuando la demanda de electricidad es alta.

Las represas estn construidas para permanecer por muchas dcadas y poder contribuir a la generacin de electricidad por aos.

-La inundacin de grandes extensiones de tierra significa que se destruye el medio ambiente natural.

-La construccin de las presas son muy costosas y debe ser construida a un nivel muy alto.

-El clima es un factor que varia el flujo del afluente ocasionando en ciertas pocas como la de sequia, falta de recurso para generar energa.

Impiden el paso de especies.

Las personas que viven en aldeas o pueblos a ser inundados deben salir. Esto significa que pierden sus granjas y negocios.

VENTAJASDESVENTAJAS

PRODUCCION MUNDIAL

Central hidroelctrica de Chivor

Central hidroelctrica de Jaguas

Central hidroelctrica San CarlosCentral hidroelctrica MielCentral Hidroelctrica del GuavioCENTRALES HIDROELCTRICAS EN COLOMBIABoyac, municipio Santa MaraAntioquia, municipio de San RafaelAntioquia, municipio de San RafaelCaldas, municipio de NorcasiaCundinamarca, municipio de UbalCualquier tipo de combustible lquido (biodiesel, bioetanol), slido (maderas) o gaseoso (metanol), proveniente de la biomasa (materia orgnica de origen animal o vegetal) obtenido de manera renovable.

ALGAS COMO MATERIA PRIMA

ARGENTINA BIOCOMBUSTIBLES46BIOETANOLProducto qumico obtenido a partir de la fermentacin de los azcares que se encuentran en los productos vegetales:

Ricos en sacarosa como la caa de azcar, la melaza y el sorgo dulce.

Ricos en almidn como cereales (maz, trigo, cebada, etc.) y tubrculos (yuca, camote, papa);

Ricos en celulosa como la madera y los residuos agrcolas.

GENERACINDestilacin o Deshidratacin: Operacin de separar, mediante calor, los diferentes componentes lquidos de una mezcla (etanol/agua).

Dilucin:Es la adicin del agua para ajustar la cantidad de azcar en la mezcla o (en ltima instancia) la cantidad de alcohol en el producto.

Conversin: Convertir el almidn/celulosa en azcares fermentables.

Fermentacin:Proceso anaerbico realizado por las levaduras, bsicamente. De la fermentacin alcohlica se obtienen un gran nmero de productos, entre ellos el alcohol.

BIODIESELCombustible lquido que se obtiene a partir de materias primas renovables, es asimilable al gasleo de automocin de origen fsil (petrleo).

Cualquier materia que contenga triglicridos puede utilizarse para la produccin de biodiesel.

Aceites vegetales convencionalesGrasa animalAceites de frituraGENERACIN

El aceite se extrae de la semilla cultivada;

Refinado y sometido a la transesterificacin, (se combina el aceite con un alcohol ligero, normalmente metanol).

Se genera la glicerina, que se emplea como materia prima de diferentes industrias.

El biodiesel puede usarse en su forma pura (100% biodiesel) o mezclado en cualquier proporcin con diesel regular.

VENTAJAS DESVENTAJASSupone unahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2producidas por los combustibles derivados del petrleo.

No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromticas cancergenas.

El uso de biodiesel puede extender la vida til de motores porque posee un alto poder lubricante y protege el motor reduciendo su desgaste.

La plantacin de semillas oleaginosas para la creacin de biodiesel conlleva grandes ventajas para el sector agrcola.El aceite de girasol puro tiene un rendimiento energtico similar al del gasleo, pero su elevado punto de inflamacin y su mayor viscosidad hacen difcil el arranque en fro.

Las modificaciones que en general, necesitan los motores al querer utilizar estos combustibles alternativos.

El costo de produccin es casi el doble que el de la gasolina, es ms voltil y tiene cerca de un 3.4% menos de poder calorfico por galn que la gasolina.

Cmo obtener energas ?ESTADSTICAS DE PRODUCCINMUNDIAL

BIODIESEL, segn la materia prima.

PRODUCTORESLos cinco principales productores son Alemania, EE.UU., Francia, Argentina y Brasil, que juntos producen el 68,4% de la produccin mundial.

2009ESTADISTICAS DE PRODUCCIN COLOMBIA

BIODIESEL, 2010BIODIESEL,2010Fuente: Federacin nacional de biocombustibles de Colombia

BIODIESEL,JUNIO 2011DISTRIBUCIN EN EL PAS POR PORCENTAJE DE MEZCLA

Plantas productoras de BIODIESELen funcionamiento y distribucin por porcentaje de mezcla a nivel territorial.BIODIESELP/galn:$ 8.566,06P/Litro:$ 2.266,15 (US$1,28/Lt)Federacin Nacional de BiocombustiblesLa energa nuclear es aquella que se libera como resultado de una reaccin nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisin Nuclear (divisin de ncleos atmicos pesados) o bien por Fusin Nuclear (unin de ncleos atmicos muy livianos).

En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energa debido a que parte de la masa de las partculas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energa.

ENERGA NUCLEARGENERACIN1..La fisin nuclear es la reaccin ms utilizada para la generacin de energa elctrica.

los neutrones liberados colisionan de nuevo formando un reaccin en cadena, con energa controlada.

Se producen alrededor de 80 MM kJ de energa por cada gramo de uranio-235 que se desintegra. CENTRAL NUCLEARPartes fundamentales para su funcionamiento:El reactor en el que se produce la fisin.

El generador de vapor en el que el calor producido por la fisin se usa para hacer hervir agua.

La turbina que produce electricidad con la energa contenida en el vapor.

El condensador en el cual se enfra el vapor, convirtindolo en agua lquida.

235U istopo mas comn.2La fusin nuclear es la combinacin de pequeos ncleos en otros ms grandes. Este comportamiento sugiere que si dos ncleos ligeros se combinan para formar un ncleo ms grande y ms estable se liberar una cantidad considerable de energa en el proceso.

Se comprimen esferas de combustible mediante haces de lseres o de partculas teniendo as la llamada fusin por confinamiento inercial en la que se obtienen densidades muy elevadas.

Calentando el combustible hasta temperaturas de millones de grados de manera que los choques entre ncleos sean por agitacin trmica.

COMO OBTENER LA FUSINrayos lser utilizadospara provocar semejante reaccin,

FUSIN ENERGA VAPOR - TURBINAS-TRANSFORMADORES - ELECTRICIDADVENTAJASDESVENTAJASEl combustible utilizado alcanzar para generar energa durante muchsimo tiempo.

Irradiando algunas semillas se consiguen mutaciones que dan lugar a nuevas variedades ms resistentes y productivas.

El problema fundamental es encontrar la forma de mantener unidos a los ncleos el tiempo suficiente y a la temperatura adecuada para que se lleve a cabo la fusin.

Elementos qumicos radiactivos que no pueden ser utilizados para algn propsito prctico.

Accidentes son una de las desventajas ms grandes que presenta el uso de energa nuclear( puede causar enfermedades y mutaciones del organismo en personas a quilmetros de distancia por la radioactividad)

PRODUCCIN MUNDIAL

PAISCANTIDAD DE REACTORESEEUU104FRANCIA58JAPN55RUSIA32COREA DEL SUR21ALEMANIA17CANAD18UCRANIA15CHINA13GRAN BRETAA19World Nuclear AssociationAgence France-Presse (AFP)

PORCENTAJE NUCLEAR EN LA PRODUCCIN DE ELECTRICIDAD

14,8 CANADA1,9CHINA17,8RUSIA34,8COREA DEL SUR28,9JAPN20,2EEUU75,2FRANCIA17,9GRAN BRETAA26,1ALEMANIA48,6UCRANIAPRODUCCIN -2009TWhSegn el Organismo Internacional de Energa Atmica por sus siglas OIEA, existen un total de 442 plantas nucleares repartidas en 29 pases.conclusinEnergas alternativas, cclicas.Abastecimiento energtico en menor proporcin.PetrleoEconmico

Gracias por su atencin