Metodologías para la Localización Óptimade Centrales de Biomasa y Minihidraúlica  como Recursos Energéticos Renovables    ...
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Introducción
Introducción  •   El paso previo dentro del dimensionado de instalaciones o sistemas que      aprovechan algún tipo de fue...
Estado del Arte y Justificación                           Biomasa Forestal                              Minihidráulica    ...
Estado del Arte y Justificación   •   Este estudio esta basado en dos energías renovables con futuro:                     ...
Estado del Arte y Justificación   BIOMASA FORESTAL   •   Definición Biomasa: “todo material de origen biológico excluyendo...
Estado del Arte y Justificación   MINIHIDRÁULICA   •   Definición Minihidráulica: Aprovechamiento que utiliza la energía h...
Estado del Arte y Justificación  ELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO   •   Para encuadrar este trabajo en un lugar concreto, se...
Objetivos Objetivo PrincipalObjetivos Parciales
Objetivos  OBJETIVO PRINCIPAL  •   Localización de zonas óptimas para la instalación de centrales de Biomasa      Forestal...
Objetivos  OBJETIVOS  BIOMASA FORESTAL  •   Obtención de las zonas que presentan mayor aptitud para el aprovechamiento    ...
Objetivos  OBJETIVOS  MINIHIDRÁULICA  Obtención de dos modelos comparativos:  •   Modelo generado a partir de datos de cau...
Recursos y Fuentes
Recursos y Objetivos    •   Recursos:    •   Fuentes:
Metodología y Resultados Metodología y Resultados: Biomasa Forestal   Metodología y Resultados: Minihidráulica
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal                                              Metodología                       ...
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal                                              Procesos para la                  ...
Factores para la estimación del                       Recurso   • Formato raster (pixel 100 x 100 m)                 • Fac...
Normalización de Factores• Estandarización de los factores en                 una misma escala• Ecuación de transformación...
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Suma Lineal Ponderada   • Sumatorio de los factoresnormalizados multiplicados por      su correspondiente peso.
Restricciones sobre el                 Recurso• Las restricciones son criterios   que limitan la posibilidad de     consid...
Resultado de las zonas aptas para el                               aprovechamiento del recurso                           •...
Flujo del proceso en Model Buiderpara la obtención     de las zonas    aptas para elaprovechamiento       del recurso
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal                                              Procesos para la                  ...
Restricciones sobre laubicación de Instalaciones• La selección de emplazamientos   idóneos para la localización de  centra...
Resultado de los emplazamientos                                       para las instalaciones                             •...
Flujo del proceso     en Model Buider   de la obtención deemplazamientos para  las instalaciones de    Biomasa Forestal
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal                                  Obtención de soluciones para                  ...
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal  •   Definición de los Modelos de Localización-Asignación: Análisis que permite...
Metodología y Resultados: Biomasa Forestal   Maximizar            Abarca la mayor demanda         Parámetros a introducir ...
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Metodología y Resultados: Minihidráulica                                              Metodología para                    ...
Metodología y Resultados: Minihidráulica                    Resumen de la Metodología para Minihidráulica                 ...
Factor Principal: Modelo 1  Datos de los     Respetar Caudal Mínimo        Puntos de CaudalPuntos de Caudal      Medioambi...
Metodología y Resultados: Minihidráulica                                                    Factor Principal: Modelo 2    ...
Factor Principal: Modelo 2.        Datos pluviométricos INTERPOLACIÓN MÉTODO KRIGING     Kriging ordinario por defecto    ...
Factor Principal: Modelo 2.                                                  Modelo Digital del TerrenoHERRAMIENTAS DE HID...
Factores Comunes a ambos modelos                      Desnivel o Salto Bruto        Distancia a Subestaciones Eléctricas  ...
Metodología y Resultados: Minihidráulica                                            Asignación de Pesos a cada Factor     ...
Suma Lineal Ponderada• Raster ponderado con las zonas con una capacidad de acogida      más alta para la ubicación de cent...
Restricciones de       emplazamientos                  Pendientes                Red Eléctrica                 Red Fluvial...
Metodología y Resultados: Minihidráulica                                                            Resultado de          ...
Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 1
Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 2
Conclusiones
Conclusiones •   Mediante el uso de diversas herramientas en un entorno SIG (Análisis Espacial, Análisis de     Redes, Aná...
Conclusiones •   Líneas de Trabajo Futuras y en Desarrollo     •   Cálculo de la cantidad total (ton/año) de Biomasa Fores...
Gracias por su asistencia•   Bibliografía    •   COITF (2011) «Principales obstáculos y retos para el desarrollo comercial...
•   García-Martín, A., García Galindo, D., Pascual, J., De la Riva, J., Pérez-Cabello, F. y Montorio, R. (2011).    «Deter...
Carlos de la Paz Blanco     Colaborador en el CIEMAT en la aplicación de las TIG a las Energías Renovables     Máster en T...
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  • La localización de emplazamientos para las instalaciones de Energías Renovables presenta limitaciones que están relacionadas con sus características geográficas. Un buen conocimiento de las fuentes o recursos energéticos y de las necesidades técnicas de sus emplazamientos, así como del impacto sobre el medio ambiente, establecerá una localización óptima y una buena integración en el medio de estas instalaciones. En este sentido, las Tecnologías de la Información Geográfica (TIG) son una herramienta idónea, puesto que permiten analizar la complejidad y variedad tecnológica de estos recursos y definir los factores más relevantes desde el punto de vista del territorio.
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  1. 1. Metodologías para la Localización Óptimade Centrales de Biomasa y Minihidraúlica como Recursos Energéticos Renovables en la Comarca de El Bierzo Carlos de la Paz Blanco, CIEMAT
  2. 2. Índice de ContenidosIntroducciónEstado del Arte y JustificaciónObjetivosRecursos y FuentesMetodología y ResultadosConclusiones
  3. 3. Introducción
  4. 4. Introducción • El paso previo dentro del dimensionado de instalaciones o sistemas que aprovechan algún tipo de fuente energética es: • Valoración del recurso Ambas cuestiones están condicionadas por factores de carácter geográfico • Localización de emplazamientos TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA
  5. 5. Estado del Arte y Justificación Biomasa Forestal Minihidráulica Elección de la Zona de Estudio
  6. 6. Estado del Arte y Justificación • Este estudio esta basado en dos energías renovables con futuro: Tecnología que no ha aprovechado • Biomasa Forestal todo su potencial energético Tecnología consolidada y eficiente de menor • Minihidráulica impacto ambiental que la hidráulica tradicional
  7. 7. Estado del Arte y Justificación BIOMASA FORESTAL • Definición Biomasa: “todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización”. • Recurso de la Biomasa Forestal: Residuos forestales generados en las operaciones silvícolas de limpieza, poda y cortas parciales o finales de los montes. Disponibilidad constante (Almacenable) Reducción del riesgo de incendios forestales • Ventajas de la Biomasa Reconversión de energías tradicionales Creación de empleo
  8. 8. Estado del Arte y Justificación MINIHIDRÁULICA • Definición Minihidráulica: Aprovechamiento que utiliza la energía hidráulica para generar energía eléctrica mediante un salto de agua entre dos niveles de altura en un cauce. Cuando el agua cae del nivel superior al inferior, pasa por una turbina hidráulica que transforma la energía hidráulica en energía eléctrica. • Recurso de la Minihidráulica: Caudal de agua y desnivel del terreno Caudal fluyente • Tipos de aprovechamiento Caudales en parte retenidos • Ventajas del Caudal Fluyente: Menor impacto ambiental que los aprovechamientos con caudales retenidos.
  9. 9. Estado del Arte y Justificación ELECCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO • Para encuadrar este trabajo en un lugar concreto, se ha optado por la selección de una comarca de la provincia de León, El Bierzo.
  10. 10. Objetivos Objetivo PrincipalObjetivos Parciales
  11. 11. Objetivos OBJETIVO PRINCIPAL • Localización de zonas óptimas para la instalación de centrales de Biomasa Forestal y Minihidraúlica que puedan generar energía eléctrica y estén conectadas a la red. METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN MULTICRITERIO (EMC) DATOS Factores Restricciones EMPLAZAMIENTOS ÓPTIMOS
  12. 12. Objetivos OBJETIVOS BIOMASA FORESTAL • Obtención de las zonas que presentan mayor aptitud para el aprovechamiento del recurso (Demanda de biomasa forestal). • Obtención de enclaves idóneos para el emplazamiento de centrales de Biomasa Forestal (Oferta de localizaciones para las instalaciones). • Obtención de modelos de localización-asignación con análisis de redes que ubiquen las instalaciones de modo que su suministro desde los puntos de demanda sea lo más eficiente posible.
  13. 13. Objetivos OBJETIVOS MINIHIDRÁULICA Obtención de dos modelos comparativos: • Modelo generado a partir de datos de caudal obtenidos de la Confederación Hidrográfica del Miño-Sil. • Modelo generado a partir de datos pluviométricos obtenidos de estaciones de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) y del modelo digital del terreno de la zona de estudio, aplicando herramientas de hidrología del software ArcGIS.
  14. 14. Recursos y Fuentes
  15. 15. Recursos y Objetivos • Recursos: • Fuentes:
  16. 16. Metodología y Resultados Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Metodología y Resultados: Minihidráulica
  17. 17. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Metodología para Biomasa Forestal El esquema de la metodología para la localización de centrales de Biomasa Forestal se compone de tres bloques.
  18. 18. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Procesos para la obtención de las zonas aptas de aprovechamiento del recurso
  19. 19. Factores para la estimación del Recurso • Formato raster (pixel 100 x 100 m) • Factores obtenidos: Biomasa disponible Pendientes Desembosque
  20. 20. Normalización de Factores• Estandarización de los factores en una misma escala• Ecuación de transformación lineal fi = valor del factor normalizado vi = valor origen del factor vmax = valor máximo del raster a normalizar vmin = valor mínimo del raster que vamos a normalizar c = rango de estandarización (c=255)
  21. 21. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Asignación de Pesos a cada Factor • Ponderación de los factores de forma que pesen más en el modelo aquéllos que son considerados más importantes, en base a criterios técnicos y medioambientales. FACTORES INDICADOR PESO Biomasa Disponible Cantidad de Residuo 0,45 Pendiente Desnivel en porcentaje 0,30 Desembosque Distancia a Red Viaria 0,25
  22. 22. Suma Lineal Ponderada • Sumatorio de los factoresnormalizados multiplicados por su correspondiente peso.
  23. 23. Restricciones sobre el Recurso• Las restricciones son criterios que limitan la posibilidad de considerar alguna opción, excluyéndola de forma definitiva. • Son capas booleanas (1 y 0) • Restricciones: Pendientes Desembosque Biomasa entorno a los cauces Espacios Naturales Protegidos
  24. 24. Resultado de las zonas aptas para el aprovechamiento del recurso • Es el producto de la SLP por el resultado de la intersección de todas las restricciones. Mapa raster Raster To Point Capa vectorial de puntosANÁLISIS PUNTOS DE DEMANDADE REDES DE BIOMASA FORESTAL
  25. 25. Flujo del proceso en Model Buiderpara la obtención de las zonas aptas para elaprovechamiento del recurso
  26. 26. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Procesos para la obtención de emplazamientos aptos para instalaciones de Biomasa Forestal
  27. 27. Restricciones sobre laubicación de Instalaciones• La selección de emplazamientos idóneos para la localización de centrales de Biomasa se realiza mediante intersección booleana. • Restricciones: Red Eléctrica Espacios Naturales Protegidos Infraestructuras Viarias Usos del Suelo
  28. 28. Resultado de los emplazamientos para las instalaciones • Es el producto de la intersección de todas las restricciones. Mapa raster Raster To Point Capa vectorial de puntosANÁLISIS PUNTOS DE OFERTA DEDE REDES INSTALACIONES
  29. 29. Flujo del proceso en Model Buider de la obtención deemplazamientos para las instalaciones de Biomasa Forestal
  30. 30. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Obtención de soluciones para la ubicación de instalaciones mediante modelos de Localización–Asignación (Análisis de Redes)
  31. 31. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal • Definición de los Modelos de Localización-Asignación: Análisis que permite ubicar las instalaciones de modo que su suministro desde los puntos de demanda (recurso) sea lo más eficiente posible. • Distancias de transporte exactas a través de la red viaria. • Los elementos del modelo de localización-asignación son los siguientes: • Puntos de demanda (ponderados): Zonas aptas para el aprovechamiento de Biomasa Forestal. • Puntos de oferta: Emplazamientos óptimos para las instalaciones de Biomasa Forestal. • Cálculo de distancias: A través de la red de transporte.
  32. 32. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Maximizar Abarca la mayor demanda Parámetros a introducir Cobertura posible de Biomasa Forestal en el modelo de Localización-Asignación Límite de cobertura para las instalaciones 25 km a través de la red (Valor límite de impedancia) 1 Instalación 2 Instalaciones Soluciones obtenidas según nº de Instalaciones 3 Instalaciones 4 Instalaciones
  33. 33. Metodología y Resultados: Biomasa Forestal Interpretación de los resultados de las soluciones obtenidas Distancia media desde las Superficie de biomasa Recurso valorado instalaciones a los puntos Soluciones cubierta por las instalaciones (EMC) cubierto de demanda (ha) (%) (km) 1 Instalación 20.542 47,50% 18 2 Instalaciones 29.361 66,78% 16 3 Instalaciones 35.251 79,58% 15,7 4 Instalaciones 39.034 88,24% 14,5
  34. 34. Metodología y Resultados: Minihidráulica Metodología para Minihidráulica Esta metodología se compone de dos modelos distintos que utilizan el mismo proceso de Evaluación Multicriterio: • Modelo generado a partir de datos de caudal. • Modelo generado a partir de datos pluviométricos y del MDT de la zona de estudio.
  35. 35. Metodología y Resultados: Minihidráulica Resumen de la Metodología para Minihidráulica • La diferencia sustancial entre los dos modelos estudiados se basa en los datos de inicio y herramientas aplicadas para estimar el factor principal de la EMC (La fuente energética). FACTOR PRINCIPAL FACTORES COMUNES DEL RESTRICCIONES MODELOS DIFERENCIAL DEL EMC EMC COMUNES DEL EMC Desnivel o Salto Bruto Caudal Hidroeléctrico Pendientes MODELO 1 Distancia a Subestaciones Potencial Eléctricas Red y Subestaciones Eléctricas Distancia a la Red Eléctrica Red Fluvial Flujo Acumulado Espacios Naturales MODELO 2 Hábitats Prioritarios Hidroeléctrico Potencial Protegidos Distancia a Red Fluvial
  36. 36. Factor Principal: Modelo 1 Datos de los Respetar Caudal Mínimo Puntos de CaudalPuntos de Caudal Medioambiental Hidroeléctrico (CHMS) (Décima parte del C.M.I) Potencial Interpolación Método Kriging
  37. 37. Metodología y Resultados: Minihidráulica Factor Principal: Modelo 2 Interpolación Datos de pluviometría Método Kriging Raster de (Estaciones AEMET) precipitaciones Herramientas de MDT de la zona de Hidrología de ArcGIS Raster de acumulación estudio de flujo Acumulación de flujo ponderado por la precipitación (Hipótesis del caudal acumulado)
  38. 38. Factor Principal: Modelo 2. Datos pluviométricos INTERPOLACIÓN MÉTODO KRIGING Kriging ordinario por defecto Kriging ordinario modificado
  39. 39. Factor Principal: Modelo 2. Modelo Digital del TerrenoHERRAMIENTAS DE HIDROLOGÍASumidero/Sink: Valor del MDT incorrectoRellenar/Fill: Rellena los sumiderosDirección de Flujo/Flow Direction: Rasterde las direcciones de flujo de la red fluvialAcumulación de Flujo/ Flow Accumulation:Raster del flujo acumulado para cada celda
  40. 40. Factores Comunes a ambos modelos Desnivel o Salto Bruto Distancia a Subestaciones Eléctricas Distancia a la Red Eléctrica Hábitats Prioritarios Distancia a Red Fluvial
  41. 41. Metodología y Resultados: Minihidráulica Asignación de Pesos a cada Factor FACTORES INDICADOR PESO Caudal hidroeléctrico Flujo acumulado Caudal Flujo potencial hidroeléctrico potencial 0,30 (Modelo 1) (Modelo 2) (Modelo 1) (Modelo 2) Salto Bruto Desnivel en porcentaje 0,25 Subestaciones Eléctricas Distancia a Subestaciones Eléctricas 0,15 Red Eléctrica Distancia a la Red Eléctrica 0,10 Hábitats Prioritarios Lejanía Hábitats Prioritarios 0,15 Red Fluvial Distancia a Red Fluvial 0,05
  42. 42. Suma Lineal Ponderada• Raster ponderado con las zonas con una capacidad de acogida más alta para la ubicación de centrales de Minihidráulica.
  43. 43. Restricciones de emplazamientos Pendientes Red Eléctrica Red FluvialEspacios Naturales Protegidos
  44. 44. Metodología y Resultados: Minihidráulica Resultado de Emplazamientos Óptimos • Es el producto de la SLP por el resultado de la intersección de todas las restricciones. • Mapa raster compuesto de celdas de 25 x 25 m con las zonas con una capacidad de acogida ponderada para la ubicación de centrales de Minihidráulica. • El resultado final son dos Mapas de Viabilidad para instalaciones de Minihidráulica en función de los dos modelos estudiados:
  45. 45. Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 1
  46. 46. Flujo del proceso en Model Buider para el Modelo 2
  47. 47. Conclusiones
  48. 48. Conclusiones • Mediante el uso de diversas herramientas en un entorno SIG (Análisis Espacial, Análisis de Redes, Análisis Geoestadístico, Hidrología etc.) se han obtenido metodologías de Evaluación Multicriterio con las que localizar zonas óptimas para la instalación de centrales de Biomasa Forestal y Minihidraúlica. • Biomasa Forestal • Cartografía de las zonas que presentan mayor aptitud para el aprovechamiento del recurso (biomasa forestal disponible). • Cartografía de las localizaciones idóneas para el emplazamiento de instalaciones de Biomasa Forestal. • Ubicación de instalaciones mediante modelos de Localización-Asignación, de modo que su suministro desde los puntos de demanda (biomasa disponible) sea más eficiente; permitiendo además, conocer las distancias de transporte exactas a través de la red viaria. • Minihidráulica • Se han obtenido dos modelos para la localización de centrales de Minihidráulica: Modelo 1. A partir de datos de caudal. Modelo 2. A partir de datos pluviométricos y del MDT de la zona de estudio. • Se han comparado los dos modelos de metodología desarrollados para evaluar su similitud. Ambos modelos presentan resultados parejos, lo que supone la posibilidad de exportar el modelo de flujo acumulado a zonas que tienen una información de aforos de caudales escasa o nula, atribuyendo un mayor ámbito de aplicación a este modelo.
  49. 49. Conclusiones • Líneas de Trabajo Futuras y en Desarrollo • Cálculo de la cantidad total (ton/año) de Biomasa Forestal potencial cubierta por cada central, así como la posibilidad de obtener la cantidad de energía potencial (kW/año) que generaría cada central, en función de los Poderes Caloríficos de las especies forestales aprovechadas. • Cálculo del Salto Bruto mediante la utilización de Perfiles Longitudinales y otras herramientas que permitan deducir la energía potencial media (kW/año) en las zonas óptimas seleccionadas para la ubicación de centrales de Minihidráulica. P= 9,81 * Q * Hn * e • Finalmente, se puede afirmar que los SIG pueden ser una herramienta determinante para la caracterización de las fuentes o recursos energéticos y para la localización óptima de instalaciones que aprovechen esos recursos. En consecuencia, los SIG permiten realizar análisis para la obtención de cartografía del recurso energético y conseguir un primer acercamiento a los trabajos de localización.
  50. 50. Gracias por su asistencia• Bibliografía • COITF (2011) «Principales obstáculos y retos para el desarrollo comercial de la biomasa forestal». Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos Forestales. Sevilla. • Domínguez, J. (2000). «Análisis de la producción potencial de energía con Biomasa en la región de Andalucía (España) utilizando Sistemas de Información Geográfica». • Domínguez, J. (2002). «Los Sistemas de Información Geográfica en la Planificación e Integración de Energías Renovables» [Libro]. - Madrid : CIEMAT, 2002. - Vol. I. • ESHA (2006). «Guía para el desarrollo de una pequeña central hidroeléctrica». European Small Hydropower Association. • EEA (2006). «How much bioenergy can Europe produce without harming the environment?» European Environment Agency. Copenhagen. • Esteban, L.S., García, R., Cabezón, R., Carrasco, J.E. (2008). «Plan de Aprovechamiento Energético de la Biomasa en las comarcas de El Bierzo y Laciana (León) ». Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) perteneciente al Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). • Esteban, L.S., García, R., Carrasco, J. (2008). «Biomass Resources and Costs in Spain and Southern EU Countries. Towards a Common Methodology and Assessment», en Schmid, J., Grimm, H.P., Helm, P. y Grassi, A. (Ed.): Proceedings of the 16th European Biomass Conference and Exhibition. Florence, ETA-Renewable Energies. • Garañeda, R.J. y Bengoa, L. (2005) «Estudio de disponibilidad de biomasa en seis zonas de Castilla y León», en S.E.C.F. (Ed.): La ciencia forestal: respuestas para la sostenibilidad. 4º Congreso Forestal Español. Zaragoza, Sociedad Española de Ciencias
  51. 51. • García-Martín, A., García Galindo, D., Pascual, J., De la Riva, J., Pérez-Cabello, F. y Montorio, R. (2011). «Determinación de zonas adecuadas para la extracción de biomasa residual forestal en la provincia de Teruel mediante SIG y teledetección», GeoFocus (Artículos), Nº 11.• IFN-2 (1986-1996). «Segundo Inventario Nacional Forestal». Ministerio de Medio Ambiente. Edit. Dirección General de Conservación de la Naturaleza.• IDAE (2005). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.• IDAE (2007). «Energía de la biomasa». Madrid, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.• Jarabo Friedrich, F. (1999). «La energía de la biomasa». Madrid, S.A.P.T. Publicaciones Técnicas.• López-Rodríguez F., Atanet C.P., Blázquez F.C., Celma A.R. (2009). «Spatial assessment of the bioenergy potential of forest residues in the western province of Spain, Caceres».• Lorente, J.M. (2009). «Situación energética y sector forestal: un análisis desde la perspectiva aragonesa», Foresta.• MFE50 (2007) «Mapa Forestal de España». Banco de Datos de la Naturaleza, Ministerio de Medio Ambiente.• Montero, G., Ruiz-Peinado, R., Muñoz, M. (2005). «Producción de biomasa y fijación de CO2 en los bosques españoles». Monografías INIA, Nº 13.• Velázquez, B. (2006). «Situación de los sistemas de aprovechamiento de los residuos forestales para su utilización energética», Ecosistemas.
  52. 52. Carlos de la Paz Blanco Colaborador en el CIEMAT en la aplicación de las TIG a las Energías Renovables Máster en Tecnologías de la Información Geográfica (UCM) Ingeniero Técnico Agrícola (UPM)E-Mail: c.delapaz.blanco@gmail.comPerfil Linked In: es.linkedin.com/pub/carlos-de-la-paz-blanco/47/9a7/770

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