Automatismos industriales.

Control Automático
Ing. Roberto Rocha MSc.
UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE
FACULTAD EN CIENCIAS APLICADAS
CARRERA DE INGENIERIA TEXTIL

AUTOMATISMOS INDUSTRIALES.
Control Automático
La automatización industrial se refiere al uso de sistemas mecánicos, eléctricos o computarizados para el control
de procesos y sistemas industriales, de forma que se reduzcan los requerimientos en cuanto a capacidades e
intervenciones humanas.
El objetivo fundamental de la automatización de un proceso es:
La incorporación de elementos que controlen el funcionamiento de la instalación, de la máquina o del
sistema en general.
Con el fin de:
• Reducir los costes de producción.
• Suprimir tareas penosas o inseguras.
• Realizar tareas imposibles de controlar intelectualmente.
• Simplificar el mantenimiento del proceso productivo integrando gestión y producción.
INTRODUCCIÓN.

Control Automático
PLC’s (Programmable Logic Controller),
Controlador lógico programable.
ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS.
Fig. PLC’s.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition),
Supervisión, control y adquisición de datos.
Fig. SCADA.

Control Automático
Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
• Una parte de mando
• Una parte operativa.
La parte operativa: Agrupa accionadores y captadores o sensores, actúa directamente sobre el proceso para
conducirlo al estado deseado.
La parte de mando: Coordina las acciones de la parte operativa.
ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS.
Panelde
Mando
PC+SCADA
Control
Lógico Cableada
PLC’s
PC + Tarjeta de E/S
Microcontroladores
Reguladores
Proceso
Operador
Accionadores
Sensores
Parte de Mando Parte de Operativa
Fig. Esquema general de un sistema automatizado.

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PROCESOS CONTINUOS.
Los procesos continuos se caracterizan porque el
producto final esta constituido por un material
caracterizado por magnitudes continuas. En estos
proceso, es necesario el empleo de variables
analógicas para la medición y el control. De
forma general, el objetivo es que una o un
conjunto de varias variables continuas del proceso
alcancen valores especificados por otras de
referencias.
PROCESOS INDUSTRIALES.
Fig. Proceso industriales continuos.
El proceso no se detiene las diversas partes de la
estructura de un proceso en general siempre esta
recibiendo una alimentación continua y de igual
manera están lanzando un producto en forma
continua

Control Automático
PROCESOS DISCRETOS.
Los procesos discretos pueden descomponerse en una
secuencia de estados delimitados por eventos. En estos casos,
el producto a la salida es el resultado de una serie de
transformaciones u operaciones (estados), de realización
secuencial. De forma general, un estado solo puede adquirir
un conjunto de valores (activo o inactivo).
Un ejemplo de proceso discreto es el transporte de una pieza
sobre una cinta transportadora desde un punto de origen a otro
de manipulado. El proceso de transporte puede descomponerse
en la siguiente serie de estados:
• Detección de presencia de la pieza en la posición de origen
y puesta en marcha de la cinta.
• Detección de presencia en destino, parada de la cinta.
• Evacuación de la pieza para manipulado.
PROCESOS INDUSTRIALES.
Fig. Peinadora textil.
Fig. Proceso industriales discretos.

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La realización física de los automatismos ha dependido, desde el inicio de estos, del desarrollo de las tecnologías
asociadas. En las ultimas décadas las tecnologías cableadas ha sido sustituidas por las tecnologías programadas.
TECNOLOGÍAS PARA LAAUTOMATIZACIÓN.
Fig. Tecnologías para la automatización.
TECNOLOGÍAS PARA LAAUTOMATIZACIÓN
TECNOLOGÍAS CABLEADAS TECNOLOGÍAS PROGRAMADAS
Neumática
Mecánica
Autómatas
Programables
HidráulicaEléctrica
Electrónica
Microprocesadores Microcontroladores
PCs
industriales

Control Automático
TECNOLOGÍAS CABLEADAS.
Los primeros controladores de sistemas discretos se diseñaron con
base en la aplicación de tecnologías cableadas, dando lugar a los
denominados automatismos cableados. Las tecnologías neumáticas
y electromagnéticas fueron las mas utilizadas en esta etapa.
En los automatismos de lógica cableada, los elementos que
constituyen la unidad de control. Las tecnologías cableadas se
caracterizan por:
• Requieren de amplios espacios para su instalación,
• Son escasamente flexibles y su mantenimiento es costosos.
• Su empleo es no es recomendado para la materialización de
funciones control, complejas.
• Es utilizado en sistemas de control simples y/o accionamiento de
elevada potencia.
Fig. Automatismo basado en lógica cableada.

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TECNOLOGÍAS PROGRAMADAS.
El desarrollo durante las ultimas décadas de los microprocesadores
ha favorecido el uso extendido de las tecnologías programadas en la
realización de automatismos. Los dispositivos utilizados en esta
tecnología son:
• Los ordenadores o PCs industriales.
• Los microprocesadores.
• Los microcontroladores.
• Los autómatas programables.
Fig. Controlador Lógico Programable PLC’s.

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TECNOLOGÍAS PROGRAMADAS.
Estos dispositivos destacan por su capacidad de ejecutar algoritmos
y pueden estar dotados de entradas y salidas tanto analógicas como
digitales. Las tecnologías programadas se caracterizan por:
• Los sistemas programados son flexibles
• No precisan del espacio que precisan las tecnologías cableadas.
• Soluciones efectivas en aplicaciones de un grado de complejidad
medio-alto.
• Su mantenimiento es sencillo pero la complejidad y coste del
diseño y puesta en marcha no les hace recomendables para el
caso de aplicaciones simples.

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INTRODUCCIÓN.
Un autómata programable industrial o PLC es un equipo electrónico
programable que puede almacenar una secuencia de ordenes
(programa) y ejecutarla de forma cíclica con el fin de controlar una
tarea en tiempo real, generalmente en el contexto de un proceso
industrial.
El autómata programable es un elemento robusto, diseñado
especialmente para trabajar en ambientes difíciles. Presenta una
arquitectura muy similar a la de un ordenador, este esta diseñado
con múltiples entradas y salidas que conectan el dispositivo a
sensores y actuadores.
Un PLC puede soportar temperaturas extremas, presenta inmunidad
frente al ruido eléctrico y tiene gran resistencia a las vibraciones y a
los impactos.
AUTÓMATAS PROGRAMABLES.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES.
Los autómatas programables pueden clasificarse de muchas maneras
como por ejemplo: su capacidad, el aspecto físico, funciones y otros
aspectos de menor relevancia. Es frecuente clasificar los autómatas en
base a su capacidad de entradas y salidas y a su diseño, modular o
compacto.
Considerando las entradas y salidas (E/S) de un autómata
programable se clasifica en:
• Micro-autómatas, empleados en aplicaciones que requieren hasta
32 E/S.
• Autómatas pequeños, capaces de controlar desde 32 a 128 E/S.
• Autómatas de tipo medio, que controlan desde 64 a 1024 E/S.
• Autómatas grandes, que aceptan desde 512 a 4096 E/S.
• Autómatas muy grandes, con capacidad de controlar desde 2084
E/S.
Fig. Autómata programable.

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VENTAJAS DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES.
A pesar de que el empleo de autómatas programables para el control de procesos requiere de un personal
técnico debidamente formado y de que la inversión inicial puede ser significativa, las ventajas que presentan les
hace recomendables en proyectos de automatización con grado de complejidad medio-alto.
Entre las ventajas están:
• La disminución en el tiempo de elaboración de proyectos.
• Facilidad para modificar la lógica de control existente
• Posibilidad de empleo de interfaces de operador interactivas.
• Posibilidad de monitorización y reparación online.
• Escasos requerimientos de espacio.
• El poco coste de mano de obra y mantenimiento.
• Menor tiempo puesta en marcha.

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VENTAJAS DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES.
En cuanto a seguridad, los autómatas programables destacan por su
capacidad de autodiagnóstico para la localización de fallas en el equipo
y por la robustez y baja tasa de averías, puesto que los componentes
pueden operar varios años sin fallos.
Finalmente, gracias a las capacidades computacionales de los autómatas
pueden implantarse algoritmos de control sofisticados.
“Algoritmo: Conjunto ordenado de operaciones sistemáticas que permite
hacer un cálculo y hallar la solución de un tipo de problemas.”
Fig. Ejemplo de algoritmo.

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ARQUITECTURA DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE.
La estructura externa básica de un autómata programable se ilustra en la figura. En los autómatas compactos,
todos los elementos estarán dispuestos en un solo bloque mientras que en los sistemas modulares, se dividen en
módulos o partes.
Fig. Estructura de un autómata programable.

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN.
El dispositivo de alimentación proporciona las tensiones
continuas exigidas para el funcionamiento de los distintos
componentes del sistema, a partir de la energía eléctrica
suministrada por la red de alimentación. La fuente de
alimentación puede proporcionar tensiones en continua (24
VDC) o alterna (110/120).
En los autómatas compactos, la fuente de alimentación suele
encontrase integrada en el mismo modulo que la CPU. En los
autómatas modulares, a fuente, como accesorio
independiente, debe estar correctamente dimensionada para
alimentar a todos los componentes conectados. En ocasiones, la
fuente de alimentación puede incorporar una batería de reserva.
Fig. Autómata compacto (1) y un autómata
modular (2).
1
2

Control Automático
ARQUITECTURA DE UN AUTÓMATA
PROGRAMABLE.
UNIDAD CENTRAL DE PROCESO.
La unidad central de proceso o CPU, interpreta las
instrucciones contenidas en el programa almacenado
en la memoria y deduce las operaciones a realizar.
Es el componente mas completo del autómata. Recibe
información por medio de la consola de programación
(instrucciones del operario) y de los módulos de
entrada. Tras procesarla y ejecutar el programa de
control, envía los comandos resultantes al módulos de
salidas. En su memoria se encuentra residente el
programa destinado a controlar el proceso.
En la CPU se alojan las memorias del sistema. Por ello,
los dispositivos de programación se conectan
directamente a la unidad central de proceso CPU.
Fig. Estructura básica de la CPU para el
autómata Omron CJ1M (autómata modular)

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MEMORIA.
La memoria de un autómata programable contiene los componentes electrónicos que permiten memorizar los
datos del proceso y del sistema de control.
DATOS DE
PROCESO
Provienen de las
entradas y salidas
(E/S)
SISTEMA DE
CONTROL
Conformados por variables internas: los
datos alfanuméricos y las constantes, las
instrucciones de usuario (programa) y la
configuración (modo de funcionamiento ,
numero de entradas y salidas conectadas,
etc.).
TIPOS DE
DATOS

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MEMORIA.
Según la tecnología empleada, pueden encontrarse diversos tipos de memoria. Las memorias no volátiles, puesto
que soportan fallos de alimentación, se emplean para almacenar el programa de usuario.
Memoria de un PLC
Lectura/Escritura Solo Lectura
RAM Flash
ROM EEPROMEPROM
Reprogramables.
Alterables por medios
electrónicos. No volátil
Volátil
No Reprogramable
No volátil
Reprogramables
Borrado por ultravioletas
No volátil
No Volátil
Fig. Memorias comúnmente empleadas en PLCs.

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ARQUITECTURA DE UN AUTÓMATA
PROGRAMABLE.
MEMORIA.
El firmware es el sistema operativo que le permite realizar al
PLC las funciones básicas. Este programa viene provisto
de fabrica y en algunos modelos puede ser actualizado con
versiones posteriores. Debe permanecer inalterable a
través del tiempo y también ante la ausencia de
alimentación eléctrica al equipo.
Además, debe ser inmune a cambios accidentales que pueda
originar el programador. Esto conlleva la necesidad de una
memoria con capacidad de almacenamiento permanente.
Por lo general, la memoria utilizada para esta área es del
tipo de tecnología flash. En estas memorias, su borrado y
reescritura se puede hacer mediante señales eléctricas en
determinados pines del chip.
Fig. Pasos para configuración de un PLC siemens.
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MEMORIA.
Memorias
RAM
Si bien son no volátiles, disponen de una alta velocidad de
intercambio de información. Para evitar el borrado al desconectar
la alimentación del PLC, se la usa con baterías tampón que
mantienen energizada la memoria durante un tiempo prolongado.
Memorias
EPROM y
EEPROM
Para almacenar en forma permanente la aplicación. Estas copian su
contenido a otra memoria RAM al momento de energizar el PLC.
Para grabar estas ultimas, en la mayoría de los casos, hay que utilizar
un accesorio especial que se conecta a un puerto de comunicación
de la CPU.
PROGRAMA
DE
APLICACIÓN
Para las ÁREAS DE DATOS se requiere otra condición, las memorias deben permitir una lectura y
escritura ultra rápida. La velocidad de estas operaciones de ingreso y consulta de datos juegan
un rol fundamental en la velocidad de operaciones del PLC. La memoria empleada para este caso
es también de tecnología RAM.

Control Automático
MÓDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS.
Los módulos de entradas y salidas establecen la comunicación entre la unidad central de proceso y los
sensores y actuadores. Cada uno de estos esta dotado de un numero de entradas y/o salidas.
Fig. Componentes de un automatismo.
El PLC realiza las acciones de control
mediante sus entradas y salidas. Las
entradas vigilan las señales de los
dispositivos de campo por ejemplo
sensores e interruptores, mientras que
las salidas comandan las bombas,
motores u otros actuadores.

Control Automático
Las entradas y salidas son las partes del controlador
programable que lo vinculan con el campo.
Como se menciono, su función:
• Adaptar las señales de los captadores para que
puedan ser reconocidas por la CPU en el caso
de las entradas.
• Activar un elemento de potencia ante una
orden de la CPU en el caso de las salidas.
Fig. Componentes de un automatismo.

Control Automático
Debido a que no todas las señales de campo son iguales, existen interfaces de E/S para los tipos de señales
eléctricas mas comunes. Los canales de entrada o salida se pueden clasificar de la siguiente manera:
Digitales
También llamadas on/off o discretas, pueden tomar
solo dos estados, 0 y 1.
Analógicas
Pueden tomar una cantidad de estados dentro de un
cierto rango de tensión o corriente, por ejemplo, 4 a
20 mA, 0 a 10 V.
CLASIFICACIÓN
DE LAS
ENTRADAS Y
SALIDAS.

Control Automático
Módulos de
entradas
digitales
Cada entrada esta activada (estado 1) o desestibado (estado
0). Se utiliza frecuentemente en entradas digitales la corriente
directa DC. Estos módulos se conectan fácilmente a
dispositivos electrónicos como sensores fotoeléctricos o de
proximidad.
Módulos de
entradas
análogas
Estos módulos incorporan en la circuitería interna un
convertidor analógico digital (ADC). Un ejemplo de sensor
conectable a un modulo de entradas analógicas es el que mide
temperatura.
MÓDULOS
DE
ENTRADAS
Los bornes de
conexión de
estos módulos
de entrada
están
conectadas a
las señales que
generan los
sensores.

Control Automático
Módulos de
salidas digitales
Las salidas digitales transportan tan solo dos niveles diferentes
de energía para manipular al actuador que corresponde, estado
activo y estado inactivo.
Módulos de
salidas
análogas
Las salidas analógicas son usadas en aplicaciones en las que el
control de dispositivos requiere niveles continuos de tensión
o de corriente. Estos módulos integran un convertidor digital
analógico (DAC) en su estructura interna. El concepto de
funcionamiento es el inverso al de una entrada analógica. En
este caso, la CPU emite un numero binario que se convierte
en una señal analógica de corriente o tensión.
MÓDULOS
DE SALIDAS
Transmiten las
señales que
manipulan los
actuadores, que
tienen como
misión
manipular el
proceso
sometido a
automatización.

Control Automático
SEÑALES ANALÓGICAS.
Los PLC pueden procesar señales analógicas solo de
índole eléctrica. Si la variable de proceso que se desea
tomar es una presión, esta se deberá convertir a una señal
eléctrica mediante un dispositivo llamado transductor o
transmisor.
Suponiendo que la variable de proceso varia entre 0 y 10
bar, se puede utilizar un transmisor P/I con salida 4 a 20
mA, que cuando reciba 0 bar entregue 4 mA y cuando
reciba 10 bar entregue 20 mA. Si su respuesta es lineal,
sus valores intermedios serán proporcionales, obteniéndose,
por ejemplo, 12 mA cuando se detecte 5 bar de presión.
El hecho de obtener una corriente mínima mayor que cero
cuando la presión es cero, permite detectar un corte de
cableado, falla en la fuente del instrumento, etc.
Fig. Conversión de una variable analógica de proceso a una
señal analógica eléctrica.

Control Automático
Internamente el PLC maneja únicamente dos estados
lógicos 0 y 1, (0-1/on-off/si-no), por lo tanto la única
manera que el PLC posee para trabajar con valores
analógicos es que estos se representen por números en
formato binario, es decir, por combinaciones de ceros y
unos. Por lo mencionado, la función principal de una
entrada analógica es convertir la señal eléctrica aplicada
a un número binario, utilizando para ello un conversor
analógico digital (AID).
Si ahora consideramos que un PLC trabaja con 8 bits (de
00000000 a 11111111 ), cabe aclarar que 1 bit equivale a
un digito binario, entonces entenderá Bn = 28 = 256
valores (entre 000 y 255).

Control Automático
Si se utilizan 12 bits, se pueden lograr Bn = 212 = 4096
valores diferentes. Una entrada analógica de 12 bits
podrá dividir entonces el rango 4 a 20 mA en 4096
partes, por lo que su resolución será (20 mA -
4mA)/4096 = 3,9 µA, o bien, siguiendo el ejemplo
anterior de una presión de 0 a 10 bar (10 bar/4096) =
2,44 mbar.
El valor de la conversión A/D se almacena en la
memoria como una palabra binaria de 16 bits, en la
cual el bit mas significativo o de mayor peso se usa
para determinar si el valor es positivo o negativo. Si
este bit es igual a 0, el valor es positivo, sino es
negativo.

Control Automático
Se observa en la figura a) la
estructura de la palabra de
16 bits cuando el conversor
A/D tiene una resolución de
12 bits. Como se puede
apreciar, los bits de menor
peso se rellenan con ceros
para completar el tamaño de la
palabra. Esto determina los
valores decimales mostrados
en la curva de la figura b),
que serán los que en definitiva
se utilicen en el programa del
PLC.
Fig. Estructura de la palara binaria y curva con valores decimales para una entrada de 0 a
20 mA con un conversor de 12 bits.

Control Automático
PROGRAMACIÓN.
Una de las mayores virtudes de los PLC es que
se pueden adaptar a gran cantidad de
aplicaciones y es posible efectuar
modificaciones en su programa una vez ya
instalado, para agregar nuevos elementos en la
máquina o el proceso automatizado.
A medida que se adquiere mas experiencia en
el tema y una comprensión especifica de los
PLC, se aprovecha mejor la capacidad del
controlador, utilizando menor cantidad de
memoria y optimizando la ejecución de la
lógica de control.
Fig. Programa ZELIO SOFT 2 para PLC’s Schneider Electric.

Control Automático
PROGRAMACIÓN (Pasos para el desarrollo de una lógica programable).
1. COMPRENSIÓN
DEL PROCESO O
MAQUINAA
CONTROLAR.
• Como primer paso se realiza un trabajo conjunto entre el programador y el
conocedor del proceso o de la máquina a automatizar.
• De acuerdo al tipo de aplicación es conveniente elaborar en esta etapa un
diagrama de flujo, un diagrama espacio-fase o una memoria descriptiva del
funcionamiento.
2. SELECCIÓN
DEL PLC
ADECUADO.
• Se deben determinar la cantidad y tipo de entradas y salidas necesarias en
función de los dispositivos de campo a emplear.
• Es importante evaluar la capacidad que el PLC dispone para ampliaciones
futuras y las interfaces estándar de comunicación con que cuenta.
• Se deben considerar al momento de seleccionar el PLC, el software de
programación y los cables requeridos para descargar la aplicación.

Control Automático
3. ASIGNACIÓN
DE ENTRADAS Y
SALIDAS.
• Una vez seleccionado el modelo de PLC se pueden llevar a cabo dos tareas en
paralelo, la instalación eléctrica y la programación.
• Mientras se realiza la ingeniería y montaje del PLC, el programador va
elaborando el programa en su PC.
• Para ello es imprescindible que el cableado de los sensores y los actuadores
coincida con los canales utilizados en el programa.
• La asignación de entradas y salidas consiste en definir en que borne de cada
modulo ira conectado cada elemento de campo.
4. ELABORACIÓN
DEL PROGRAMA.
• En esta etapa se debe desarrollar tanto el automatismo secuencial como los
algoritmos de control.
• El programa se elaborara sobre una PC para luego ser descargado al PLC
durante las pruebas previas a la puesta en marcha.
• Se debe contar para ello con un paquete de software adecuado para el equipo
a utilizar.
• Es importante que el mismo disponga de modos de simulación que permitan
realizar pruebas de la lógica sin tener comunicación con el PLC.

Control Automático
5. DOCUMENTACIÓN
CONFORME A LA
ELABORACIÓN.
• Se debe confeccionar un documento que explique como se estructuro el
programa que, junto con los planos eléctricos de montaje y listados de
asignación de entradas y salidas, ayudaran en las tareas de puesta en marcha
6. PUESTA EN
MARCHA.
• Se carga el programa en la memoria del PLC para efectuar un ensayo
general del programa en el sitio final de instalación.
• Se pueden realizar pruebas de funcionamiento desconectando la energía de
los actuadores de campo para luego realizar la puesta en servicio real.
• Durante esta etapa se depura el programa para lograr el óptimo
funcionamiento del proceso.
7. DOCUMENTACIÓN
CONFORME A OBRA.
Como ultima fase, se deben actualizar la descripción funcional, los planos
eléctricos, los listados de entradas y salidas, y la documentación del programa,
de acuerdo a las modificaciones realizadas durante la puesta en marcha.

Control Automático
PROGRAMACIÓN.
SELECCIÓN DE
AUTÓMATAS
PROGRAMABLES.
Al utilizar un autómata
programable para la
parte de mando de un
sistema industrial
automatizado, el
criterio de selección
debe estar basado en las
características
presentes y futuras del
proceso, y debe
considerar tanto
factores cuantitativos
como cualitativos.
Entradas y salidas.
Búsqueda de equilibrio.
Tipos de actuadores.
Memoria de programa y datos.
Software de programación.
Condiciones ambientales, ruido
e instalación.
Comunicación entre PLC y
otros dispositivos.
Sistema abierto,
compatibilidad.
Tipo de CPU.
Complejidad del
proceso y prestaciones
deseadas.
Entorno del proceso.
Necesidades de
explotación.
Posibilidades de
ampliación.
Presupuesto.

Control Automático

Bibliografía.
 Sánchez, M. D. (2013). Introducción a la síntesis y programación de automatismos secuenciales. Cádiz, ES:
Servicio de Publicaciones de la Universidad de Cádiz. Recuperado de: [http://www.ebrary.com].
 Daneri, P. A. (2008). PLC: automatización y control industrial. Buenos Aires, AR: Editorial Hispano
Americana HASA. Recuperado de: [http://www.ebrary.com].
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