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An�lisis y Evaluaci�n de Sistemas de Energ�a Renovable para Infraestructuras de Telecomunicaciones en la Ciudad de Manta

 

Analysis and Evaluation of Renewable Energy Systems for Telecommunications Infrastructure in the City of Manta

 

An�lise e avalia��o de sistemas de energia renov�vel para infraestruturas de telecomunica��es na cidade de Manta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: l.guerrero@istlam.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 26 de septiembre de 2025 *Aceptado: 24 de octubre de 2025 * Publicado: �14 de noviembre de 2025

 

       I.          Carrera de Tecnolog�a en Electr�nica y Telecomunicaciones, Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Manta, Ecuador.

     II.          Carrera de Tecnolog�a en Electr�nica y Telecomunicaciones, Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Manta, Ecuador.

   III.          Carrera de Tecnolog�a en Electr�nica y Telecomunicaciones, Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez, Manta, Ecuador.

 

Resumen

Las empresas de telecomunicaciones, para brindar un servicio de calidad, requieren de un flujo energ�tico constante, algo necesario para las ciudades como Manta, Ecuador. Esta ciudad cuenta con �ptimas condiciones clim�ticas para las energ�as renovables y se puedan satisfacer. Este estudio presenta un an�lisis t�cnico-econ�mico comparativo para evaluar la viabilidad de implementar sistemas de energ�a renovable como soluci�n sostenible para alimentar una estaci�n base de telecomunicaciones (BTS). La metodolog�a se bas� en una demanda energ�tica de referencia de 72 kWh/d�a (5-10 kW continuos) y estudi� los recursos locales abundantes (irradiaci�n solar media de 4.64 kWh/m�/d�a y velocidad media del viento de 6.63 m/s). Se modelaron tres escenarios: fotovoltaico, e�lico e h�brido solar-e�lico, todos con almacenamiento en bater�as y generadores di�sel de respaldo. Los datos cuantitativos reafirman la superioridad econ�mica y ambiental de las renovables. El sistema h�brido solar-e�lico se ubica como la mejor alternativa, logrando eficiencias del 94-96% y disminuyendo en un 97-98% las emisiones de carbono en comparaci�n con los sistemas de di�sel. Su coste nivelado de energ�a (0.135 USD/kWh) es comparable a la red tradicional (0.085 USD/kWh), muy inferior a la generaci�n con di�sel (2.45 USD/kWh). Con lo cual se tiene un retorno de la inversi�n aproximadamente de 1.8 a 2 a�os, con unos ahorros operativos anuales de hasta un 55%, estos resultados confirman la viabilidad de los sistemas renovables para disminuir la dependencia energ�tica, reducir costos y contribuir a las metas de mitigaci�n del cambio clim�tico.

Palabras Clave: Energ�a renovable; Telecomunicaciones; Sostenibilidad; Sistemas h�bridos; Eficiencia energ�tica.

 

Abstract

Telecommunications companies, to provide quality service, require a constant energy flow, something essential for cities like Manta, Ecuador. This city has optimal climatic conditions for renewable energy sources, making it possible to meet this need. This study presents a comparative techno-economic analysis to evaluate the feasibility of implementing renewable energy systems as a sustainable solution to power a telecommunications base station (BTS). The methodology was based on a reference energy demand of 72 kWh/day (5-10 kW continuous) and considered abundant local resources (average solar irradiance of 4.64 kWh/m�/day and average wind speed of 6.63 m/s). Three scenarios were modeled: photovoltaic, wind, and hybrid solar-wind, all with battery storage and backup diesel generators. The quantitative data reaffirm the economic and environmental superiority of renewable energy. The hybrid solar-wind system stands out as the best alternative, achieving efficiencies of 94-96% and reducing carbon emissions by 97-98% compared to diesel systems. Its levelized cost of energy (USD 0.135/kWh) is comparable to the traditional grid (USD 0.085/kWh) and significantly lower than diesel generation (USD 2.45/kWh). This results in a return on investment of approximately 1.8 to 2 years, with annual operating savings of up to 55%. These results confirm the viability of renewable energy systems for reducing energy dependence, lowering costs, and contributing to climate change mitigation goals.

Keywords: Renewable energy; Telecommunications; Sustainability; Hybrid systems; Energy efficiency.

 

Resumo

As empresas de telecomunica��es, para prestar um servi�o de qualidade, necessitam de um fluxo constante de energia, algo essencial para cidades como Manta, no Equador. Esta cidade possui condi��es clim�ticas �timas para fontes de energia renov�veis, possibilitando o atendimento desta necessidade. Este estudo apresenta uma an�lise t�cnico-econ�mica comparativa para avaliar a viabilidade da implementa��o de sistemas de energia renov�vel como uma solu��o sustent�vel para alimentar uma esta��o base de telecomunica��es (EBT). A metodologia baseou-se numa procura energ�tica de refer�ncia de 72 kWh/dia (5-10 kW cont�nuos) e considerou os abundantes recursos locais (irradia��o solar m�dia de 4,64 kWh/m�/dia e velocidade m�dia do vento de 6,63 m/s). Foram modelados tr�s cen�rios: fotovoltaico, e�lico e h�brido solar-e�lico, todos com armazenamento em baterias e geradores a diesel de reserva. Os dados quantitativos reafirmam a superioridade econ�mica e ambiental da energia renov�vel. O sistema h�brido solar-e�lico destaca-se como a melhor alternativa, atingindo efici�ncias de 94-96% e reduzindo as emiss�es de carbono em 97-98% em compara��o com os sistemas a diesel. O seu custo nivelado de energia (0,135 USD/kWh) � compar�vel ao da rede el�trica tradicional (0,085 USD/kWh) e significativamente inferior ao da gera��o a diesel (2,45 USD/kWh). Isto resulta num retorno do investimento de aproximadamente 1,8 a 2 anos, com poupan�as operacionais anuais de at� 55%. Estes resultados confirmam a viabilidade dos sistemas de energia renov�vel para reduzir a depend�ncia energ�tica, diminuir os custos e contribuir para as metas de mitiga��o das altera��es clim�ticas.

Palavras-chave: Energias renov�veis; Telecomunica��es; Sustentabilidade; Sistemas h�bridos; Efici�ncia energ�tica.

 

Introducci�n

Los sistemas de telecomunicaciones a nivel mundial enfrentan un gran dificultad, que es el aumento de la demanda energ�tica, lo que convierte en un gran problema para la sostenibilidad ambiental y econ�mico (Stephenson et al., 2021). Esto se debe a las nuevas �tecnolog�as como 5G y el Internet de las Cosas (IoT), llega hacer entre el 20% y 40% de los costos operativos de un operador m�vil (Allen & Kofi, 2024).� El uso continuo de combustibles f�siles como fuente de energ�a es alarmante, no solo por lo costoso que resulta operarlos (Mart�nez, 2024), sino por el da�o ambiental que producen. En Manta, Ecuador, este problema se agrava. La ciudad depende de la red el�ctrica nacional, susceptible a alteraciones clim�ticas que impactan a las hidroel�ctricas �(Gallo et al., 2025) causando cortes frecuentes(Mendoza et al., 2025) .Lo cual, obliga a las personas a depender de generadores de respaldo, ya sea este de di�sel o gasolina. Sin embargo, esta soluci�n se vuelve insostenible econ�micamente, esto debido a los precios variables del combustible, adem�s, son muy contaminantes y ruidosos. Para poder tener una idea, los generadores puede llegar a emitir unas 46.5 toneladas de CO₂ al a�o (Gonzalez & Guam�n, 2025). Varios documentos e investigaciones a nivel internacional han demostrado el exitoso de los sistemas h�bridos renovables en estaciones base de telecomunicaciones (BTS) (Gupta & Singh, 2025), disminuyendo significativa en costos operativos como en emisiones de CO₂.

En la ciudad de Manta, est� ubicada en un lugar estrat�gico de la costa ecuatoriana, con caracter�sticas geogr�ficas y clim�ticas espec�ficas. Cuentan con niveles de radiaci�n solar promedio de 4.5 a 5.0 kWh/m�/d�a y velocidades de viento que alcanzan entre 4 y 6 m/s en ciertas zonas costeras (Rosales, 2025). Pero a pesar de este potencial a�n no han hecho uso de este tipo de energ�as renovables, esto es un reflejo de la falta de estudios t�cnicos y econ�micos detallados que eval�en la viabilidad, eficiencia y sostenibilidad de sistemas renovables a nivel local (Vallejo, 2024).

Esta investigaci�n estudia la factibilidad de implementar energ�as renovables en las (BTS) de la ciudad Manta. Con lo cual, se quiere identificar que recursos sostenibles son m�s apropiados al clima y de ese modo obtener energ�a m�s limpia. Para reducir el impacto ambiental, adquiriendo energ�a continua y evitando que el servicio no falle (Guerrero et al., 2024). El objetivo es evidenciar con datos concretos y comparativos que esta soluci�n sostenible es viable y que el sector pueda contribuir con las metas energ�ticas del pa�s y hacerse m�s competitivos.

 

2. Materiales y M�todos

Esta investigaci�n realiz� un estudio de car�cter anal�tico-descriptivo. Se llevo a cabo en la ciudad de Manta, Ecuador, con una duraci�n de seis meses, que inicio en el mes de marzo hasta agosto de 2025. En primer lugar, se examin� la literatura cient�fica y la recolecci�n de datos oficiales sobre el clima local, espec�ficamente la radiaci�n solar y el viento. Luego, se analiz� cu�nta energ�a consumen las infraestructuras de telecomunicaciones. Una vez recopilada toda esta informaci�n, se utiliz� herramientas de software y hojas de c�lculo, para analizar y comparar la viabilidad econ�mica de diferentes soluciones de energ�as renovables.

 

2.1. Consumo Energ�tico de la Estaci�n Base de Telecomunicaciones (BTS)

El consumo energ�tico en una macrocelda puede oscilar en funci�n del n�mero de dispositivos que tenga asociados, la tecnolog�a que utilice y los sistemas de climatizaci�n que requiera. Aunque en la literatura t�cnica internacional se hablan de valores t�picos entre 2.5 kW y 10 kW, para este estudio se necesitaba definir un perfil de carga base conservador pero realista del futuro despliegue de 5G.

Seg�n mediciones de campo, una estaci�n 4G consume alrededor de 1.05 kW y una 5G puede llegar a consumir 3.9 kW en condiciones de m�xima carga, por lo que hemos estandarizado una carga de potencia media constante de 3 kW para nuestro modelo BTS (Murcia, 2023). Esta cantidad, que considera la utilizaci�n real de los equipos y sus sistemas auxiliares, se traduce en una demanda diaria de 72 kWh (26,280 kWh anuales) y ser� la meta de suministro constante para todos los sistemas energ�ticos modelados en condiciones comparables.

Se realiz� una auditor�a energ�tica en tres niveles de profundidad para caracterizar el consumo de infraestructuras de telecomunicaciones. La muestra se estratific� proporcionalmente en distintos escenarios tecnol�gicos y localizaciones geogr�ficas.

 

 

 

 

Tabla 1: Distribuci�n de la muestra de estaciones base evaluadas

Fuente: Elaboraci�n propia. La muestra de las BTS censadas (2025).

 

2.2. Costos de la Red El�ctrica y Generaci�n Di�sel

Es fundamental establecer una l�nea base econ�mica precisa con las alternativas actuales en la ciudad de Manta. Comparando los costos con la red de CNEL EP y el respaldo di�sel. Aunque la tarifa el�ctrica comercial regulada por Agencia de Regulaci�n y Control de Electricidad (ARCONEL, 2025) tiene una estructura compleja con cargos fijos, por demanda m�xima y costos diferenciados por horarios, hemos calculado un costo promedio ponderado referencial de 0.085 USD/kWh para la energ�a de red. En cambio, la generaci�n con di�sel resulta econ�micamente no sustentable como fuente primaria; considerando un precio de combustible referencial de 2.80 USD/gal�n (El Comercio, 2025), el costo de generaci�n se dispara a aproximadamente 2.45 USD/kWh, por ende, su rol para casos emergentes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 2: Red el�ctrica p�blica y Diesel

Fuente: Elaboraci�n propia. La comparaci�n de costos entre la generaci�n de red p�blica y di�sel (2025).

 

2.3. Generaci�n con energ�as renovables en la ciudad Manta

Sistema Solar. - Para dise�ar este tipo de sistemas, primero se debe analizar cu�nto radiaci�n solar recibe la ciudad de Manta. Se combinaron datos tanto, reales de estaciones terrestres, informaci�n satelital de la NASA y nuestras propias mediciones en campo. Tras filtrar estos datos rigurosamente para eliminar errores (siguiendo protocolos internacionales BSRN) y validarlos entre s� (con una alta coincidencia de R� = 0.91), determinamos una irradiaci�n promedio de 4.64 kWh/m�/d�a. Con este dato clim�tico y una demanda diaria de 72 kWh, calculamos que se necesita un campo solar de unos 20 kWp y un banco de bater�as de 144 kWh (tecnolog�a LiFePO4, elegida por su seguridad y durabilidad) para garantizar dos d�as de autonom�a completa, incluso sin sol (Ponce et al., 2025).

Sistemas E�lico. - Para realizar la evaluaci�n del viento en la ciudad Manta, analizamos datos detallados (cada 10 minutos) de cuatro estaciones entre 2020 y 2024. Como el viento sopla m�s fuerte a mayor altura, ajustamos estos datos utilizando la formula matem�tica (Ley de Hellmann) para estimar la velocidad real a la altura de una turbina, considerando el terreno y a su vez edificios, �rboles, etc., (Mej�a et al., 2025). En las zonas costeras abiertas, que son ideales, estimamos una velocidad promedio de 6.8 m/s a 40 metros de altura. Con este potencial, seleccionamos una turbina e�lica de 10 kW. Aunque el viento suele ser m�s constante que el sol (incluso de noche), sigue siendo variable. Por eso, incluimos un banco de bater�as de 100 kWh. Es un poco m�s peque�o que el del sistema solar porque confiamos en que el viento nocturno ayudar� a mantener la carga, reduciendo la dependencia total de las bater�as.

�Tabla 3: Comparaci�n de viento

Fuente: Elaboraci�n propia. La comparaci�n de la velocidad del viento y alturas (2025).

 

2.4. Metodolog�a de An�lisis T�cnico-Econ�mico

Para evaluar la viabilidad de estas soluciones propuestas, estructuramos el an�lisis en dos partes fundamentales: la parte t�cnica y econ�mica. En el �mbito t�cnico, las variables cr�ticas incluyeron la potencia demandada por la infraestructura de la BTS en (kW), la disponibilidad real de los recursos: solar (kWh/m�/d�a) y e�lico (m/s), as� como la eficiencia de los equipos y la capacidad de almacenamiento (kWh) necesaria para garantizar la autonom�a deseada (Barasa & Olanrewaju, 2023).

En la parte econ�mica, el modelo se proyect� a un ciclo de vida de 20 a�os. Nuestro indicador principal fue el Costo Nivelado de Electricidad (LCOE), calculado mediante la ecuaci�n est�ndar que divide los costos totales presentes entre la energ�a total generada. Para asegurar un escenario realista, este c�lculo integr� una estructura detallada de costos iniciales (CAPEX), que abarca desde los paneles monocristalinos y bater�as LiFePO4 hasta la ingenier�a y permisos (Palacios, 2024). Tambi�n, se diferenciaron los costos operativos (OPEX) en fijos (mantenimientos preventivos, seguros, monitoreo) y variables (combustible, reemplazos). La viabilidad financiera se determin� mediante indicadores est�ndar: Valor Presente Neto (VPN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y el periodo de recuperaci�n de la inversi�n (payback). Todos los flujos de caja futuros se trajeron a valor presente utilizando una tasa de descuento del 10%, considerada representativa del costo de oportunidad del capital en este contexto.

Tabla 4: Par�metros Econ�micos

Categor�a	Par�metro / Componente	Valor o Rango Utilizado	Observaciones
Financieros Generales	Tasa de Descuento (r)	10% anual	Costo de oportunidad del capital.
	Horizonte del Proyecto	20 a�os	Ciclo de vida completo.
	Inflaci�n General	3% anual	Escalamiento de precios base.
	Escalamiento Di�sel/Red	4% (di�sel) / 3.5% (red)	Incremento anual esperado.
Costos de Inversi�n (CAPEX)	Paneles Solares	0.45 � 0.52 USD/Wp	Incluye estructuras de montaje.
	Bater�as LiFePO4	450 - 520 USD/kWh	Tecnolog�a de larga duraci�n.
	Aerogeneradores	3800 - 4200 USD/kW	Costo instalado completo.
	Otros (Ingenier�a, etc.)	20% adicional	Sobre el costo de equipos.
Costos Operativos (OPEX)	Mantenimiento Fijo	2450 USD/a�o	Incluye visitas, limpieza, seguros.
	Costo Di�sel	2.80 USD/gal�n	Base 2025 (+4% anual).
	Costo Red Promedio	$0.085 USD/kWh	Base 2025 (+3.5% anual).

Fuente: Elaboraci�n propia. La comparaci�n econ�mica de los sistemas de generaci�n el�ctrica (2025).

3. Resultados y Discusi�n

Nuestro an�lisis model� tres configuraciones renovables para suplir la demanda de 72 kWh/d�a de una BTS en la ciudad de Manta, contrast�ndolas con la alternativa convencional de operar exclusivamente con generador di�sel.

3.1. Aspecto t�cnico:

• Un generador di�sel de 15 kVA es una soluci�n t�cnicamente sencilla para mantener una BTS, su operaci�n se vuelve compleja debido a la log�stica constante de abastecimiento de combustible y la necesidad de mantenimiento frecuente.
• La implementaci�n de un sistema Solar Puro (PV+BESS) exige un dimensionamiento considerable, requiriendo una capacidad de 20 kWp, con un banco de bater�as con una dimensi�n de 144 kWh para garantizar la autonom�a. Aunque esto implica una elevada inversi�n inicial, pero su recuperaci�n es viable a largo plazo.
• En un sistema E�lico Puro (Wind+BESS) aprovecha el recurso local con una turbina de 10 kW. A diferencia del sistema solar Puro, puede generar energ�a durante la noche, lo que permite reducir la capacidad necesaria del banco de bater�as a 100 kWh, disminuyendo as� la inversi�n en el almacenamiento.
• La configuraci�n m�s eficiente result� ser el Sistema H�brido (PV-Wind+BESS). Combinando 12 kWp de energ�a solar y 5 kW de e�lica, esta soluci�n aprovecha la sinergia entre ambos recursos para reducir significativamente la dependencia de las bater�as, requiriendo solo 80 kWh.

 

3.2. Aspecto econ�mico (Viabilidad):

En la parte financiera es concluyente: depender solo del di�sel es inviable, con un costo de energ�a que se dispara a 0.460 USD/kWh debido al gasto continuo en combustible. En cambio, la soluci�n h�brida Solar-E�lica no solo es la m�s barata de operar 0.135 USD/kWh, que es un 70% menos en el costo, sino que, requiere la menor inversi�n inicial entre las renovables que es aproximadamente de $75,400 USD gracias al ahorro en almacenamiento

3.3. Aspecto ambiental:

En t�cnicas ambientales, la diferencia es impresionante. Las operaciones basadas en di�sel generan una huella de carbono significativa de aproximadamente 46.5 toneladas de �anuales por sitio, cualquiera de estas opciones renovables elimina las emisiones por completo. Esto garantiza una operaci�n 100% limpia que contribuye directamente a las metas nacionales de descarbonizaci�n.

Tabla 5: Comparaci�n de Escenarios Energ�ticos

M�trica Clave	Generador A Di�sel	Sistema Solar Puro	Sistema E�lico Puro	Sistema H�brido (Solar-E�lico)
Componentes Clave	Generador 15 kVA	20 kWp Paneles + 144 kWh Bater�as	10 kW Turbina + 100 kWh Bater�as	12 kWp Paneles + 5 kW Turbina + 80 kWh Bater�as
Inversi�n (CAPEX)	Bajo ($10,000 USD)	Alto ($98,400 USD)	Medio ($80,000 USD)	Medio-Bajo ($75,400 USD)
Costo de Energ�a (LCOE)	Muy Alto ($0.460 USD/kWh)	Bajo ($0.152 USD/kWh)	Bajo ($0.145 USD/kWh)	El M�s Bajo ($0.135 USD/kWh)
Emisiones Anuales ($CO_2$)	46.5 Toneladas	Cero	Cero	Cero
Resiliencia Operativa	Media (Fallas mec�nicas, log�stica)	Alta (Aut�nomo)	Alta (Aut�nomo)	Muy Alta (Complementariedad)

Fuente: Elaboraci�n propia. La comparaci�n de Escenarios Energ�ticos para una BTS en la ciudad de Manta

�(2025).

 

4. Conclusiones y Recomendaciones

Este estudio confirma de manera concluyente que Manta posee las condiciones ideales para la transici�n energ�tica de sus sistemas de telecomunicaciones. Nuestro an�lisis valida que una soluci�n h�brida no es solo una aspiraci�n ambiental, sino la estrategia econ�mica y t�cnica m�s inteligente a largo plazo.

En la parte econ�mica se concluye, que el sistema h�brido solar-e�lico se posicion� como la mejor opci�n. Teniendo un Costo Nivelado de Energ�a (LCOE) de 0.135 USD/kWh, supera en rentabilidad tanto a los sistemas solares puros (0.152 USD/kWh) como a los e�licos puros (0.145 USD/kWh). Aunque esta tarifa es superior a la de la red el�ctrica publica en la actualidad, ofrece inmunidad total frente a la volatilidad de los precios del di�sel y futuros aumentos tarifarios, con periodo de retorno de inversi�n a largo plazo, siendo muy atractivo para infraestructuras de larga vida �til.

Desde el punto de vista t�cnico, los sistemas h�bridos demostraron una alta eficiencia al aprovechar la complementariedad natural de los recursos en Manta: radiaci�n solar diurna y vientos nocturnos. Esta sinergia permite una generaci�n m�s estable, reduciendo dr�sticamente la necesidad de grandes bancos de bater�as. Como resultado, la inversi�n inicial (CAPEX) es un 23% menor en comparaci�n con la opci�n solar pura, garantizando adem�s la m�xima fiabilidad del suministro, crucial para evitar interrupciones costosas del servicio.

El impacto ambiental positivo es instant�neo: transitar a estas energ�as renovables elimina por completo las emisiones de los generadores di�sel, evitando cerca de 46.5 toneladas de CO₂ anuales en cada estaci�n. Esto no solo limpia la operaci�n, sino que contribuye decisivamente a los objetivos de descarbonizaci�n del pa�s.

 

4.2. Recomendaciones

Para los operadores de los sistemas de telecomunicaciones, la recomendaci�n es clara, desplegar proyectos pilotos en sitios estrat�gicos en la ciudad de Manta. Deben dejar de ver la energ�a renovable como un costo ambiental y empezar a considerarla una estrategia de supervivencia financiera. Solo as� podr�n reducir sus gastos operativos futuros y soportar econ�micamente la alta demanda energ�tica que traer� el 5G.

Es imperativo que ARCONEL y el Gobierno actualicen la normativa sobre generaci�n distribuida. Se necesitan procesos de permisos m�s �giles y reglas transparentes para la venta de energ�a excedente, lo cual detonar� la inversi�n privada. Adem�s, se debe aprovechar proactivamente el financiamiento clim�tico global para reducir el riesgo percibido en estas primeras implementaciones.

 

 

Agradecimientos

Los autores expresan su sincero agradecimiento al Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Mart�nez por el apoyo institucional y las facilidades otorgadas para el acceso a los datos clim�ticos y de infraestructura de Manta, fundamentales para esta investigaci�n. Asimismo, extendemos un reconocimiento especial al equipo docente y de investigaci�n por su valioso asesoramiento t�cnico y revisi�n cr�tica del manuscrito.

Conflictos de inter�s

Los autores declaran no tener ning�n conflicto de inter�s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referencias

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� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).