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Vol. 38 (Nº 29) Año 2017. Pág. 28

Simulação tecnológica: Uso do software «ALOHA» para realizartestes quantitativos de riscos, decorrentes de possíveisexplosões em uma indústria petroquímicaTechnology simulation: Use of «ALOHA» Software to perform quantitative risk tests, arising out of possibleexplosions in an petrochemical industryAugusto José da Silva RODRIGUES 1; Maicon Herverton Lino Ferreira da SILVA 2; Robson Fernandes BARBOSA 3; Mônica Ferreira de Brito ROCHA 4; Alandson deLacerda TAVARES 5

Recibido:16/01/2017 • Aprobado: 18/02/2017

Conteúdo1. Introdução2. Fundamentação teórica3. Metodologia4. Resultados e discussões5. Recomendações6. Considerações finaisReferências bibliográficas

RESUMO:Nas indústrias de refino de petróleo ocorrem constantemente diversos acidentes catastróficos,decorrentes de processamentos com substâncias altamente tóxicas. A explosão, por exemplo,é o tipo de acidente ampliado que mais causa óbitos imediatos. Nesse aspecto, o objetivodesse trabalho foi, a partir de simulações com o software ALOHA, identificar e quantificar ospossíveis alcances de efeitos físicos e danos de explosões, decorrentes da operação deprocesso de refino de petróleo, da Refinaria Abreu e Lima. Foi caracterizado trechos darefinaria que apresentam ameaças moderadas, com efeitos que possuem a capacidade degerar rupturas nos tímpanos das pessoas e hemorragias pulmonares. Palavras-chave: Acidentes ampliados. Aloha. Explosões. Refino de petróleo. RNEST.

ABSTRACT:In the petroleum refining industries, there are several catastrophic accidents resulting fromprocessing with highly toxic substances. The explosion, for example, is the type of increasedaccident that most causes immediate deaths. In this aspect, the objective of this work was,based on simulations with the ALOHA software, to identify and quantify the possible effects ofphysical effects and explosion damages, resulting from the refining of the Abreu e LimaRefinery. It was characterized portions of the refinery that present moderate threats, witheffects that have the capacity to generate ruptures in people's eardrums and pulmonaryhemorrhages. Keywords: Extended Accidents. Aloha. Explosions. Oil refining. RNEST.

1. IntroduçãoA demanda por combustíveis aumenta cada vez mais, por isso a capacidade e a quantidade de refino nas refinarias de petróleo crescem constantemente(DUARTE e DROGUETT, 2012). Devido a esse aumento, nos últimos anos, segundo Freitas e Porto (2006), nas indústrias próximas de áreas povoadas vêmacontecendo muitos acidentes ampliados, entre eles destacam-se as explosões.Esses acidentes químicos ampliados possuem definições distintas em diversos países, mas que convergem para o mesmo assunto. Na Alemanha, porexemplo, são definidos como acidentes de perturbação, que envolvem substâncias e produtos químicos (DE FREITAS et. al., 1995).Por isso, para Gonçalves Filho et. al., (2013),trabalhar em uma petroquímica é estar exposto aos riscos que os compostos do processamento podem gerar,como uma explosão, que traz consequências negativas para populações vizinhas e para o meio ambiente. As explosões são os eventos com os maioresnúmeros de óbitos imediatos, tornando-se um dos acidentes mais perigosos, quando comparados com emissões acidentais ou com os incêndios (DEFREITAS et. al., 1995).Um dos principais acidentes químicos ampliados do Brasil, ocorreu na Vila Socó, onde a explosão de um gasoduto da Petrobrás causou a morte deaproximadamente 500 pessoas (DEMAROJOVIC, 2000). Já em 26 de abril de 1986 ocorreu o acidente de Chernobyl, na Ucrânia, considerando o maioracidente nuclear, ocasionado pela explosão de um reator. O resultado desse fenômeno foram mortes e mais de cinco milhões de pessoas infectadas pelaradiação (XAVIER et. al., 2007).Vale salientar que, segundo Tavares (2005), os objetivos de uma refinaria, ao ser planejada e construída, são dois: produção de combustíveis e matérias-primas petroquímicas, e a produção de lubrificantes básicos e parafinas. Em uma petroquímica, a fissura ou ruptura nas linhas, válvulas ou conexões,podem causar efeitos tanto na segurança pessoal quanto no meio-ambiente (DUARTE e DROGUETT, 2012).É importante lembrar que durante o processo de licenciamento ambiental, de qualquer tipo de obra que venha a obstruir o meio ambiente causandoimpactos pelo empreendimento, como por exemplo, incêndios e explosões, as condições ambientais estabelecidas precisam causar o menor impacto possívelao meio ambiente (BARBOSA et al., 2016).Nesse aspecto, o presente trabalho possui o objetivo de demonstrar a utilização do software ALOHA para identificar e quantificar os possíveis alcances deefeitos físicos e danos de explosões, decorrentes da operação de um processo de Refino de Petróleo da unidade de Hidrotratamento de Diesel, da RefinariaAbreu e Lima.Os objetivos específicos do trabalho são:

Fazer a caracterização do empreendimento;Realizar a simulação utilizando dados fictícios, para preservar o sigilo da empresa;Propor medidas preventivas mitigadoras.

2. Fundamentação teóricaEste capítulo apresenta todos os fundamentos teóricos da pesquisa, ponderando sobre o refino de petróleo, explosão: um cenário possível e análisequantitativa de riscos.

2.1 Refino de petróleoO processo de refino de petróleo é contínuo, por isso é necessário que os trabalhadores se adaptem a situação, já que a produção não pode ser

interrompida, a não ser em casos de manutenção (FARTES, 2002).Assim, de acordo com Gurgel et al. (2009), a atividade do refino de petróleo causa diversos danos ao ambiente e a saúde humana, principalmente aostrabalhadores. Os acidentes, “em sua maioria, são de engenharia e de manutenção, acidentes típicos e acidentes químicos ampliados.” (DA SILVA et. al.,2013, p. 326). De acordo com a Petrobrás (2015), a produção de derivados a partir do petróleo, envolve basicamente 3 (três) processos principais:Destilação: é o processo de separação dos derivados, onde é possível aquecer o petróleo até evaporar. Em seguida, esse vapor volta ao estado líquidoconforme resfria em diferentes níveis dentro da torre de destilação. Em cada nível há um recipiente que coleta um determinado subproduto do petróleo;Conversão: é a etapa que dá origem a derivados mais nobres, através do processo que transforma as partes mais pesadas e de menor valor do petróleoem moléculas menores. Dessa forma é possível aumentar o aproveitamento do petróleo;Tratamentos: são os processos voltados para adequar os derivados à qualidade exigida pelo mercado. Em um desses processos, por exemplo, é feita aremoção do enxofre.As variações em processos de refino do petróleo em uma refinaria conforme a sua localização, são: demanda do mercado, consumidores, vias dedistribuição, características do petróleo, custo de implantação do processo, entre outros (UGAYA e HENSCHEL, 2004).Nessa perspectiva, é comum a procura por alternativas renováveis aos derivados petroquímicos e tem sido uma tendência do setor químico nas últimasdécadas (BENEVENUTI e PEREIRA JR, 2016).

2.2 Explosão: um cenário possívelOs principais efeitos dos acidentes envolvendo substâncias tóxicas e inflamáveis incluem, entre outros: formação de nuvem tóxica, jato de fogo (jet fire)incêndio em nuvem (flash fire) e explosões de produtos inflamáveis (FLEMING e GARCIA, 2012).Dessa forma, diversos fatores podem coexistir para que ocorra uma explosão em uma indústria de petróleo e gás, como a armazenagem inadequada dematerial, a inexistência de para-raios, manutenções inadequadas, falta de ordem e limpeza (JUNIOR e GUTRIM, 2013).Por conseguinte, Zimmermann (2009) acrescenta que uma explosão ocorre quando é liberado energia em um volume reduzido e em um tempo curto,resultando no aumento de pressão na região de ocorrência, que tem como consequência a geração de uma onda de choque.É possível observar na Tabela 1, os efeitos que a sobrepressão, gerada com o efeito da explosão, pode causar nas pessoas ou ativos.

Tabela 1. Indicativos dos níveis de danos que podem ser encontrados a partir de explosões

SOBREPRESSÃO (psi) POSSÍVEIS EFEITOS

DANOS AS ESTRUTURAS E A EQUIPAMENTOS

0,3 Distância segura; 95% de probabilidade da nãoocorrência de danos sérios

1 Danos a estruturas de aço e painéis. Equivale a menosde 1% de danos estruturais

2 Limite inferior de danos estruturais sérios;

Dano parcial em paredes de casas.

7 99% de danos estruturais

DANOS AS PESSOAS

2,4 1 % de ruptura de tímpano

12,2 90% de ruptura de tímpano

15,5 1% de fatalidade por hemorragia pulmonar

29 99% de fatalidade por hemorragia pulmonar

Fonte: Adaptado de VERITAS (2006)

Explosões, seguidas ou não de incêndios, geram mortes ou lesões graves devido à variação da taxa de sobrepressão, ocasionando desastres decorrentes daemissão de projéteis, por exemplo (DE OLIVEIRA Jr., 2008).

2.3 Análise quantitativa de riscosPMBOK (2014) define a análise quantitativa de riscos (AQR) como sendo a avaliação numérica dos efeitos dos riscos mensurados, nos objetivos gerais de umprojeto.Através de uma AQR, Brandão e Saraiva (2007), fazem a seguinte abordagem:

[...] é possível determinar o valor de eventuais garantias oferecidas, o seu impacto na redução de risco do projeto, e ainda o valor esperado dosdesembolsos futuros do governo em função das garantias dadas. Com isso podemos modelar uma forma de licitação que incorpore o valor das garantiasoferecidas na decisão de outorga, que visa maximizar o retorno para sociedade (BRANDÃO; SARAIVA, 2007, p. 4) [...].

De acordo com Matias Jr., (2006), com a análise quantitativa de riscos é possível mensurar numericamente os efeitos dos riscos sobre os objetivos dequalquer projeto, tornando-se assim, uma abordagem quantitativa para se tomar decisões baseadas em incertezas. Vale salientar que, a AQR não reduz ouelimina os riscos de um projeto, mas traz dados que possam ser utilizados para melhores decisões estratégicas e financeiras de uma empresa, por exemplo(NEPOMUCENO FILHO e SUSLICK, 2000).Por isso, a importância de mensurar os riscos se justifica pelo fato de que, segundo Royer (2000), não é possível ter dinheiro, tempo ou recursos para tratartodos os riscos envolvidos em um projeto, sendo, portanto, necessário verificar as prioridades dos riscos, de acordo com as classificações quantificadas. O autor Pedroso (2007) aborda que as saídas quantificadas dos riscos em função dos seus possíveis impactos podem ser aceitáveis ou não, dependendo datolerância existente entre os stakeholders.

3. MetodologiaObteve-se como fonte principal dos dados o referencial técnico conceitual relacionado aos Estudos de Impacto Ambiental – EIA e Relatório de Impactos deMeio Ambiente – RIMA, da Refinaria Abreu e Lima, fornecido pela Petrobras em 22 de março de 2006, disponível para acesso público na Agência Estadual de

Meio Ambiente e Recursos Hídricos – CPRH. Porém, por questões de confidencialidade, os dados de processos utilizados são fictícios.

3.1 PremissasForam estimados os níveis de riscos provenientes apenas na unidade de Hidrotratamento de Diesel, considerada a unidade mais crítica devido às condiçõesseveras de temperatura, pressão e vazão, que tem o potencial de provocar maiores danos as pessoas e ao meio ambiente.Os cenários analisados foram pequeno vazamento e grande vazamento. Os critérios adotados para o pequeno e grande vazamento foram os estabelecidospelo Banco Mundial. O pequeno vazamento e grande vazamento correspondem a 20% e 100% do diâmetro da tubulação, respectivamente, conforme ailustração da Figura 1.

Figura 1. Critérios adotados na análise dos riscos

Vale salientar que, nesse trabalho foram feitas simulações com dois trechos da unidade hidrotratamento de diesel (HDT-D), sendo nomeados como Trecho Ae Trecho B. Ambos foram escolhidos por apresentarem altas temperaturas e pressões em comparações aos outros trechos.

3.2 SimulaçãoPara simular os alcances provocados pelos efeitos físicos, foi utilizado o programa computacional ALOHA, desenvolvido pela Environmental Protection Agency– EPA. O software é recomendado para a caracterização dos possíveis efeitos em uma refinaria de petróleo.3.2.1 Valores de referênciasEste tópico apresenta os insumos utilizados para as simulações, sendo eles: limites dos efeitos físicos, materiais de referências e suas características, tempode vazamento e o comprimento das linhas.

3.2.2 Limites dos efeitos físicosOs limites adotados foram estabelecidos pela Norma Técnica da CETESB P4.261 (2003) e pelo TNO Purple Book (2005):

radiação térmica: 3,0kW/m2; 12,5kW/m2; 37,5kW/m2;sobrepressão (utilizando o modelo de Multi-Energia da TNO): 0,7psi; 1,5psi; 4,4psi.

3.2.3 Materiais de referências e suas característicasDentre as hipóteses apresentadas para a quantificação do impacto das explosões, às substâncias contempladas foram misturas de gases inflamáveis, sendonecessário selecionar uma substância de referência. Para substâncias gasosas, o material de referência selecionado foi o propano, para substâncias bifásicas,o material foi n-hexano e para os líquidos, o material de referência foi o n-decano.

3.2.4 Tempo de vazamentoO tempo de vazamento compreende o tempo para que seja detectada uma falha no sistema e o tempo para acionamento de fechamento das válvulas. É deextrema importância na simulação do vazamento, uma vez que irá definir a massa vazada e todos os desdobramentos possíveis.TNO Purple Book (2005) estabelece valores padrões como diretrizes para o tempo de detecção do vazamento mais o tempo de operação do sistema debloqueio, o que determina o tempo total de vazamento. Foi considerado apenas um sistema de bloqueio manual, no qual a detecção resulta em um sinalnuma sala de controle, onde um operador valida o sinal, vai para o local das válvulas de bloqueio e realiza o trancamento delas manualmente. O tempo devazamento é de aproximadamente trinta minutos.

3.2.5 Comprimento das linhasFoi considerado para todas as tubulações o valor hipotético de 2000 vezes o tamanho do diâmetro da tubulação, devido à falta de dados para tal.

4. Resultados e discussões

4.1 Refinaria Abreu e Lima (RNEST)A RNEST, localizada no município de Ipojuca, no estado de Pernambuco, no Complexo Portuário de Suape, possui um processo de refino orientado para aprodução do óleo diesel, suprindo, assim, as demandas da região nordeste e de parte do mercado brasileiro (SALVIANO e SOUZA NETO, 2016). Observa-sena Figura 2 a localização da RNEST.

Figura 2. Localização da Refinaria Abreu e Lima (RNEST)

Fonte: Google Maps (2016).

De acordo com a Petrobrás (2015), com os dois conjuntos de refino operando, a Refinaria Abreu e Lima conta com as seguintes unidades:

duas unidades de destilação atmosférica (UDA);

duas unidades de coqueamento retardado (UCR);

duas unidades hidrotratamento de diesel (HDT-D);

duas unidades hidrotratamento de nafta (HDT-N);

duas unidades de geração de hidrogênio (UGH);

duas unidades de abatimento de emissões (SNOX).

A RNEST é um projeto da Petrobrás em parceria com a PDVSA (Petróleos de Venezuela S.A.) e possui uma capacidade de processar 230 mil barris depetróleo pesado por dia, representando 11,5% do refino nacional (MOUTINHO et. al., 2011).Àquela época, segundo Furtado (1996), a Petrobrás era uma das melhores empresas com capacidade de inovações incrementais, e hoje, depois de mais de20 anos, é possível perceber, através da sua capacidade de produção, que a empresa conseguiu alcançar elevados números de produção através dasrefinarias, como a RNEST.

4.2 Área do Estudo: unidade de hidrotratamento de diesel (HDT/DIESEL)De acordo com Simão (2004), uma refinaria geralmente processa vários tipos de petróleo, compostos por seus variados derivados, como o gás liquefeito depetróleo (GLP), a nafta, o querosene e o óleo diesel.O “diesel é um combustível derivado do petróleo constituído basicamente por hidrocarbonetos (átomos de carbono, hidrogênio e, com baixas concentrações,por enxofre, nitrogênio e oxigênio)” (LINS e BERTOLLI, 2008, p.16).Neste trabalho foram utilizados para as simulações dois trechos da unidade hidrotratamento de diesel (HDT-D). É possível observar na Figura 3 o Trecho A eo Trecho B, utilizados para as simulações das explosões com o software ALOHA.

Figura 3. Diagrama da Unidade de Hidrotratamento de Diesel: TRECHO A e TRECHO B

Fonte: Adaptado de EIA/RIMA (2006).

Na Figura 3, em vermelho, está representado o Trecho de estudo A e B, localizados na UHT – Diesel. As setas azuis indicam o fluxo pelo qual percorrem osfluidos. O Trecho A apresenta uma temperatura de 250ºC, uma pressão de 115.15atm. O Trecho B apresenta uma temperatura de 164.5ºC e uma pressão

de 114.40atm. Ambos, possuem o gás hidrogênio e o diesel como principais componentes que fluem em suas tubulações.

4.3 Simulações com o software ALOHAForam selecionados quatro cenários para as simulações com possíveis explosões, sendo dois cenários para a possibilidade de ocorrer fissuras e dois cenáriospara a possibilidade de rupturas. No entanto, viu-se que tanto o cenário de fissuras, quanto o de rupturas, apresentaram nos seus resultados os mesmosalcances e possíveis impactos.

Figura 4. Simulação de possíveis explosões com o software ALOHA: TRECHO A

A Figura 4 mostra os resultados que foram obtidos na simulação, a partir das restrições inseridas no software para o Trecho A. Percebeu-se que o trecho seapresenta como uma ameaça moderada, onde existem três zonas de alcance, sendo elas:

Zona vermelha: pode chegar a causar uma explosão maior que 8.0 psi e gerar a destruição de vários edifícios;Zona laranja: pode chegar a causar uma explosão maior que 3.5 psi e menor que 8.0 psi, gerando possíveis lesões graves as pessoas;Zona amarela: pode chegar a causar uma explosão maior que 1.0 psi e menor que 3.5 psi, causando impactos que podem destruir vidros.

A simulação mostrou que a situação em que se encontra diariamente a tubulação do Trecho A, pode gerar explosões que cheguem a até 41 metros na zonaamarela e 23 metros na zona laranja e 20 metros na zona vermelha.Altas sobrepressões podem causar impactos ao meio ambiente, as pessoas e as construções. É importante lembrar, baseado na Tabela 1, o Trecho A poderiacausar danos a estruturas de aço e painéis, o equivalente a menos de 1% de danos estruturais e pequenas rupturas nos tímpanos das pessoas. Por isso, éprimordial que as distâncias dos impactos sejam reconhecidas para que a empresa possa tomar medidas preventivas.

Figura 5. Simulação de possíveis explosões com o software ALOHA: TRECHO B

É possível observar na Figura 5 os resultados que foram obtidos na simulação, a partir das restrições inseridas no software para o Trecho B. Percebeu-se queo trecho se apresenta como uma ameaça moderada, assim como o Trecho A, permanecendo limitado entre as zonas vermelha (maior que 8.0 psi), laranja(entre 3.5 psi e 8.0 psi) e amarela (entre 1.0 psi e 3.5 psi). A simulação para o Trecho B mostrou que a situação em que se encontra diariamente a tubulação pode gerar explosões que cheguem a até 45 metros nazona amarela, 26 metros na zona laranja e 22 metros na zoa vermelha.O Trecho B apresentou distâncias mais severas, mesmo possuindo temperatura e pressão menores. A explicação para tal fenômeno se fundamente nocomprimento da tubulação do respectivo trecho, que é menor em relação ao Trecho A.Baseado na Tabela 1, o Trecho B além de causar danos a estruturas de aço e painéis e rupturas nos tímpanos das pessoas, poderia causar fatalidade porhemorragia pulmonar, destruir completamente as estruturas ao redor e gerar grandes impactos ambientais.Dessa forma, o Trecho B torna-se o alvo principal para medidas mitigadoras, já que o software ALOHA não mostra como evitar totalmente os danos, mas dáa possibilidade de diagnosticar as prioridades, verificando assim quais os investimentos mais necessários dentro da empresa. Isso não significa que osoutros trechos deixam de ser perigosos, mas para as empresas é fundamental que exista priorização no momento em que se faz investimentos.Vale salientar que, todas as possíveis explosões podem ter como ignição do efeito uma faísca ou uma chama.

5. RecomendaçõesRecomenda-se que as petroquímicas utilizem o software ALOHA para realizar simulações com múltiplas restrições, com o intuito de identificar em quaispartes da empresa podem ocorrer explosões, seus possíveis alcances e os impactos que podem causar. Além disso, prevenindo acidentes, as empresaspodem reduzir o índice de indenizações por acidentes de trabalho, reduzindo custos e prevenindo afastamento de funcionários.É primordial que as empresas forneçam aos funcionários os Equipamentos de Proteção Coletiva (EPC’s) e os Equipamentos de Proteção Individual (EPI’s),para que o impacto gerado as pessoas em caso de explosões, possam ser reduzidos. Vale salientar que, é importante para qualquer indústria realizar pelomenos uma Análise Preliminar de Riscos (APR) ao ano, no intuito de que identifique os riscos ambientais e capacite, através de orientações, a equipe de

funcionários, visando a segurança e a Qualidade de Vida no Trabalho (QVT).Por fim, aconselha-se que não só a RNEST, mas que todas as empresas façam manutenções preventivas nos seus equipamentos, impedindo e/ou reduzindofalhas nas atividades dos mesmos. A confiabilidade da operação de um equipamento pode aumentar a partir das suas manutenções, podendo manter-se emboas condições por um longo período.

6. Considerações finaisCom as simulações do software ALOHA, foi possível identificar e quantificar os possíveis alcances de efeitos físicos e danos de explosões em três trechos daunidade de hidrotratamento de diesel, da Refinaria Abreu e Lima. A utilização de softwares na identificação de riscos em um processo de refino, além defacilitar o gerenciamento dos processos, possibilita um maior controle nos departamentos que requerem mais atenção no que compete a segurança.Viu-se que o Trecho A e o Trecho B apresentam ameaças moderadas, podendo causar altas sobrepressões e impactos ao meio ambiente, as pessoas e asconstruções. Caso ocorram explosões nas tubulações, os danos podem gerar efeitos negativos as estruturas de aço e painéis, danos estruturais, rupturasnos tímpanos das pessoas e diversos outros acidentes fatais, decorridos de, por exemplo, hemorragia pulmonar.Quanto às medidas mitigadoras, foi recomendado o uso, por parte das indústrias petroquímicas, do software ALOHA, para gerir e diagnosticar as prioridadesdos riscos no ambiente de trabalho. Vale salientar que, muitas indústrias não possuem condições de realizem investimentos preventivos em todos osambientes de riscos, por esse motivo a simulação torna-se importante, à medida que, mostra quantitativamente os riscos de nível baixo, médio e alto(aqueles que precisam de maior atenção).Além disso, as indústrias possuem os dados reais de largura das tubulações, extensões das linhas, pressões dos materiais e outros dados que podem trazeruma maior segurança as simulações e traduzir em uma real economia e em segurança para os trabalhadores e vizinhança, que venha a se estabelece àsmargens das refinarias.Por fim, foi recomendado que não só a Refinaria Abreu e Lima, mas que todas as empresas façam manutenções preventivas nos seus equipamentos,forneçam equipamentos de proteção individual e coletiva para os trabalhadores e realizem pelo menos uma análise preliminar de risco por ano.Conclui-se que o trabalho atingiu seus objetivos, pois foi demonstrado a utilização do software ALOHA para simulações com explosões, realizou-se acaracterização da Refinaria Abreu e Lima, foram feitas propostas de medidas preventivas mitigadoras e todos os procedimentos com o programa foramrealizados utilizando dados fictícios, preservando assim o sigilo da empresa (RNEST).

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1. Graduando do curso de Engenharia de Produção – UFCG. Email: augustojsrodrigues@gmail.com2. Bacharel em Sistemas de Informação - UFRPE (2011) e mestre em Informática Aplicada - UFRPE (2013). Atualmente é docente da Faculdade Escritor Osman da Costa Lins - FACOL3. Graduado em Administração – UFCG (2004), mestre em Engenharia de Produção – UFPB (2009) e doutorando em Recursos Naturais - UFCG. Atualmente é docente da Universidade Federal deCampina Grande – UFCG.4. Graduando do curso de Engenharia de Produção – UFCG.5. Graduando do curso de Engenharia de Produção – UFCG.

Revista ESPACIOS. ISSN 0798 1015Vol. 38 (Nº 29) Año 2017

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