demostración del confort térmico en el interior de dos viviendas antiguas en la ciudad de san...
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CAMPECHE.
Taller de Investigación II.
Protocolo:
DEMOSTRACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO EN EL
INTERIOR DE DOS VIVIENDAS ANTIGUAS EN LA
CIUDAD DE SAN FRANCISCO DE CAMPECHE.
Por:
Br. López Montejo Cristina Angélica.
Asesor:
Dra. Campos Gutiérrez Josefina.
MQ-4
Mayo, 2012.
Demostración del confort térmico en el interior de dos
viviendas antiguas en la Ciudad de San Francisco de
Campeche.
Antecedentes de Investigación.
En nuestro país, y alrededor del mundo, han habido muchas investigaciones
acerca del confort térmico, desde edificios, como hospitales y oficinas, hasta
viviendas.
Algunas de estos textos fungirán como apoyo para la realización de nuestra
investigación.
La primera investigación, titulada “Confort térmico y ahorro de energía en
la vivienda económica de México: regiones de clima cálido, seco y
húmedo.” Publicada en el Fondo Sectorial del Desarrollo Científico y
Tecnológico para el Fomento de la Producción y Financiamiento de Vivienda
y el Crecimiento del Sector Habitacional. Para el desarrollo del proyecto se
utilizaron distintas técnicas de trabajo y se establecieron cinco productos
consistentes en:
1.Desarrollo de las bases de datos, que permitió establecer las principales
características de la vivienda, el perfil del usuario, el equipamiento que
utiliza y las condiciones ambientales de cómo percibe su vivienda. Fue
realizado con trabajo de campo a través de la aplicación de encuestas.
2.Impacto térmico energético de la climatización, consistió en la evaluación
térmica y energética de los principales prototipos de vivienda
existentes en cada una de las ciudades de estudio, con el propósito de
identificar su comportamiento térmico.
3.Monitoreo de condiciones de confort térmico, para lo cual se aplicaron
encuestas y el registro de las condiciones ambientales de la vivienda.
4.Diseño de prototipos de vivienda económica basados en las condiciones
particulares de las ciudades de estudio.
5.Propuesta de recomendaciones de diseño.
Luego de haber terminado las pruebas, se obtuvieron los modelos de confort
térmico para las condiciones del país, estableciendo temperaturas neutras y
rangos de confort para las distintas condiciones climáticas del país.
Se lograron recomendaciones generales para la edificación de vivienda en
los climas cálidos secos y húmedos; y el diseño y evaluación de prototipos de
vivienda adecuados a las condiciones ambientales de las ciudades de
Mexicali, Baja California; Hermosillo, Sonora; La Paz, Baja California Sur;
Colima, Colima; y Mérida, Yucatán.
El siguiente estudio, realizado por los Ing. Abraham Silva Hermández, y
Miguel Ángel Domínguez Cortazar, con el nombre de “Estudio del
comportamiento térmico de casa habitación típicas de la región”. Para
estudiar este comportamiento se realizo un análisis térmico con base al
análisis de 3 casas tipo (con diferentes materiales). Con base a datos
experimentales publicados en la literatura se determinaron las propiedades
térmicas de los materiales estudiados (típicos de las zonas urbana de
Querétaro) y, a través de diversas formulas térmicas se determinaron los
valores de propiedades térmicas como: la resistencia térmica, trasmitancia
térmica, el desfase en el paso de onda térmica etc.
Para determinar las propiedades térmicas de las casas tipo (cada casa tipo
tenia 16m de largo por 8m de ancho y 2.8m de altura) se usaron
principalmente fórmulas (Hornbostel C. 2004), mismas que sirven para
calcular la resistencia térmica y la trasmitancia térmica del material. Además,
se calculó la cantidad de energía solar máxima (tomando en cuenta un
modelo que determina la irradiación diaria máxima, considerando condiciones
de días sin nubosidad). El modelo utilizado fue el de Hottel (Duffie y
Beckham, 1974), modelo que calcula la radiación solar para un día despejado
en una determinada latitud y altitud. El cálculo está realizado para el 21 de
junio (porque este es el día de mayor declinación solar en el año), además
porque es el día medio del período calido que va del 21 de marzo al 20 de
septiembre (período ínter- equinoccios).
Se consideró que las casas tipo tienen las mismas medidas y la misma
orientación y se calculó las propiedades térmicas para los elementos
estructurales, considerando a éstos con y sin aplanado exterior (como
aplanado se consideró un espesor de 2.5 cm, hecho a base de mortero de
cemento). El calculo de las propiedades se realizo bajo condiciones de cielo
despejado, con una humedad dentro de los límites que la ASHRAE1
denomina zona del confort, se consideró además una velocidad del viento de
12 km/h, esto último resultó muy útil, ya que según la velocidad del viento es
el coeficiente de convección aparente superficial y de éste dependerá la
energía ganada por la pared, misma que será transmitida hacia el interior de
la casa habitación.
La siguiente investigación se basa en el confort térmico de casas que están
hubicadas en ciertas regiones de Perú, en donde el impacto de las bajas
temperaturas en la salud de las familias se debe principalmente a la
prolongada exposición a temperaturas muy bajas, más que por su exposición
a temperaturas extremas “pico” en la temporada de heladas (mayo a agosto).
El mayor confort térmico asociado a viviendas saludables, integralmente
acondicionadas, implica acciones intradomiciliarias paralelas y asociadas,
que demandan capacitación interpersonal y acompañamiento para los
siguientes temas, entre otros:
• Mejora de hábitos alimenticios: más proteínas y más micronutrientes a
través de alimentos protectores como por ejemplo, hortalizas, verduras y
frutas.
• Uso de las cocinas mejoradas para disminuirlos humos intradomiciliarios..
•Manejo de la ventilación de las viviendas.
•Prácticas de higiene, especialmente el lavado de manos.
El mayor confort térmico asociado a una mejor calidad de vida tiene efectos
positivos en la salud mental en las personas y coayuda a mejores prácticas
de emprendimiento y relacionamiento, así como una mayor autoestima para
la familia. Para este caso concreto, el planteamiento del sistema de confort
térmico se convierte en el arte de adaptar a las condiciones pre existentes de
la vivienda elementos económicos que permitan introducir irradiación solar,
ventilación e iluminación y a la vez reducir las pérdidas de temperatura por
filtraciones de aire frío en los ambientes.
Para poder medir el componente térmico de este proyecto, se encargó al
CER de la UNI (Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional
de Ingeniería), la medición de temperaturas al interior de las viviendas.
Se escogieron tres tipos de vivienda en las provincias de Castrovirreyna y
Huaytará:
• Viviendas típicas sin ninguna mejora de confort térmico.
• Vivienda construida con mejoras de confort térmico.
• Viviendaconstruidaconmejorasdeconforttérmico e invernadero familiar.
Las mediciones fueron tomadas en condiciones reales de habitabilidad, no en
condiciones de laboratorio. La diferencia entre ambas es que por diferentes
factores las condiciones reales pueden hacer que las mediciones de
temperatura no se puedan aislar del modus vivendus de las familias.
Por último, Héctor Javier González Licón, publica en la Palapa, una Revista
de Investigación Científica en Arquitectura, una investigación llamada
“Desempeño térmico y determinación del rango de confort en una
vivienda tradicional de adobe en Zapoco, Michoacán, México”. En donde
en esta investigación se toma como objeto de estudio la casa tradicional del
poblado de Zopoco en el estado de Michoacán, lo primero que hizo el
investigador fue elegir y definir bien su objeto de estudio para posteriormente
analizarlo y determinar los materiales, forma y espacios característicos de
ese tipo de vivienda. Luego el investigador realizó una descripción del sitio
apoyándose en estadísticas para determinar la temperatura promedio, la
humedad promedio, la precipitación pluvial entre otras cosas.
Para realizar sus mediciones el investigador utilizó un aparato llamado los
data loggers, que son un dispositivo electrónico que registra mediciones
ordenadas en el tiempo, provenientes de diferentes sensores.
Los datos obtenidos fueron graficados para poder observar con claridad los
periodos del año en que la vivienda analizada se encuentra dentro de la zona
de confort establecida. Todo esto dio al investigador la posibilidad de realizar
sus conclusiones, mencionando que el caso estudiado (vivienda tradicional a
base de adobe) cuenta con una buena adaptación al medio ambiente,
señalando también meses del año en que la vivienda se adapta de una mejor
manera al medio, siendo estos meses enero y mayo.
Justificación
La arquitectura nace de la necesidad del hombre para protegerse de
condiciones climatológicas y cualquier objeto que peligre su estabilidad. A lo
largo de la historia, hemos visto como ha evolucionado la arquitectura,
empezando a ser una arquitectura sencilla o primitiva, hasta lo que
conocemos ahora como arquitectura moderna. En el pasar de los años, la
arquitectura ha sufrido drásticas transformaciones, desde la notable
ornamentación de la arquitectura barroca hasta la simpleza de la arquitectura
minimalista.
En su perfil de Internet, la firma de Arquitectura Mexicana Legorreta +
Legorreta opinan lo siguiente acerca de la arquitectura:
“Legorreta + Legorreta diseña para la gente que utiliza sus
edificios. Considera que una buena construcción no sólo debe
responder a las necesidades de sus usuarios, a la ciudad, al medio
ambiente, a los programas y presupuestos, sino también a las
necesidades espirituales y artísticas de las personas.
Así, busca una arquitectura que haga feliz a la gente y no sólo una
que pueda ser admirada y disfrutada por arquitectos. La
arquitectura debe estar al servicio de la sociedad, siempre por
encima de intereses personales y falsos objetivos. Actualmente, el
mundo está dominado por la tecnología y la información, por esto
Legorreta + Legorreta considera que la arquitectura debe tomar
ventaja de ambas para realizar construcciones que nos permitan
ser mejores seres humanos. La arquitectura, ingeniería, y los
materiales utilizados deben enorgullecer a la ciudad, a los usuarios
y a los clientes, pero sin ser presuntuosos; en otras palabras, estos
elementos deben contener la mejor calidad de pensamiento en el
diseño y la planeación.”
Aunque, muchos otros autores y arquitectos, coinciden en gran parte con
esta opinión, la realidad es que la arquitectura actual, hablando
específicamente del área de vivienda, se ido devalorando al paso de los
años, ya que el valor comercial ha adquitrido mayor importancia que la
necesidad de los usuarios, ha habido un descuido al valor arquitectónico y
por lo tanto, al confort de los que la usan.
La aplicación de los criterios bioclimáticos en la arquitectura son de gran
importancia, ya que le dan al usuario una herramienta que no solo les hace
placentera su estancia en el lugar donde viven, sino que también ayudamos
al medio ambiente y a la economía de los usuarios.
En una conferencia en el Instituto Tecnológico de Campeche, el Arquitecto
Yucateco Augusto Quijano Axle, opinó sobre la famosa arquitectura
sustentable, a lo cual el reconocido Arquitecto afirmó que la arquitectura
sustentable no existe, es decir, que la arquitectura por sí misma, debe tener
esas características que hacen confortables un espacio.
Al pasar de los años, el tema ambiental ha tomado gran importancia, ya que
hemos estado siendo testigos de los acontecimientos que han movido
nuestro planeta, las nuevas ecotecnias, es decir, el uso de nuevos materiales
que propician un ambiente confortable, no serían necesarios si la arquitectura
fuera como debiera ser.
En la ciudad de Campeche, la construcción de lo que ahora conocemos como
Centro Histórico o Recinto Amurallado, comenzó en el siglo XV, acutalmente
aún existen familias habitando dichos predios, los cuales afirman que sus
casas son frescas y cómodas.
En los nuevos fraccionamientos, donde la “modernidad” en diseño de
espacios y fachadas, encontramos que los usuarios están infelices con su
casa, es pequeña e incómoda para la familia, además los usuarios sufren los
fuertes oleajes de calor que caracterizan nuestro estado.
¿Realmente es necesaria la utilización de ecotecnologías para tener un
ambiente confortable?
La inteción de esta investigación es analizar dos viviendas construídas en el
siglo XV para presentar un diagnostic de las condicones de confort térmico
existentes en este tipo de construcción, y demostrar si las ecotecnias son
necesarias para lograr un espacio confortable. Con esta investigación se
producirá un beneficio para la sociedad, ya que se podrá proponer que los
criterios bioclimáticos sean tomados en cuenta para la construcción de
viviendas en nuestro estado. Además, esta investigación, hará un llamado
para los Arquitectos, Diseñadores y Constructores, para que tomen
conciencia del trabajo que están haciendo y reconsideren el uso de los
criterios bioclimáticos para diseñar mejores espacios para el bien de la
sociedad.
Esta investigación cuenta con la colaboración de 4 personas, por lo que los
recursos humanos no están fuera de nuestro alcance. Además,
necesitaremos un instrumento para medir la temperatura y humedad
(dataloggers). Así como necesitaremos nuestros objetos de estudio, es decir,
las dos viviendas antiguas que se analizarán, las cuales aún existen y
funcionan como casa-habitación, por lo que es factible la investigación.
En cuanto al tiempo, está en consideración un período de tres años para
realizer las mediciones de temperatura y humedad en las viviendas, analizar
los resultados y elaborar conclusions de la investigación, así que el tiempo
tampoco es impedimento para la realización del proyecto.
En la Ciudad de Campeche aún no se han hecho estudios de confort térmico
en casas antiguas, por lo que esta investigación es de caracter original.
A mi persona, como estudiante de arquitectura, decidí dirigir mi investigación
hacia el área de arquitectura bioclimática, por que me parece incongruente la
realización de fraccionamientos sin la consideración de los criterios
bioclimáticos, y la insensibilidad de los constructores hacia la necesidad de
las familias que adquieren las nuevas casas de interés social, las cuales se
suponen, que con los nuevos conocimientos y materiales deben de contribuir
un gran cambio para la sociedad, y tal vez sea así, pero no de manera
correcta.
Objetivo General.
Analizar las condiciones de confort térmico entre dos viviendas antiguas
localizadas en la ciudad de Campeche, una ubicada dentro del recinto
amurallado, la otra en el barrio de Santa Ana, construídas en el siglo XV.
Objetivos Particulares.
o Conocer las condiciones de confort térmico de dos viviendas antiguas.
o Realizar una comparación para conocer la situación térmica de ambas
viviendas, para saber si los espacios arquitectónicos cumplen con los
criterios bioclimáticos.
o Determinar si estos antiguos diseños cumplen con un nivel de confort
térmico óptico.
o Hacer propuestas para el mejoramientos de las nuevas viviendas.
Síntesis de contenido y alcance.
La vivienda ha sufrido grandes cambios al paso del tiempo, si comparamos
las viviendas antiguas con las actuals, encontramos grandes diferencias,
siendo el principal cambio la disminución de los metros cuadrados de
construcción, la reducción o eliminación de los patios, áreas verdes, altura de
los techos, materiales etc. Vivimos en un estado en donde las condiciones de
confort térmico son por sí mismas un tanto difíciles de soportar, familiares,
amigos, y opiniones de las personas, han motivado esta investigación al
preguntarse por qué en una época, en donde la tecnología era casi nula, las
construcciones son mejores que las actuales. ¿A caso la tecnología nosh ace
mal?
Para comenzar, se investigará acerca de las condiciones en las que se
construyeron dichas viviendas, características y datos generales. Por
siguiente, se tomarán nuestras muestras, es decir de ambas viviendas, para
conocer las condiciones de confort térmico en las que se encuentran. Es
importante aclarar, que las viviendas deben de ser casos similares, en cuanto
a número de espacios, materiales, orientación, etc.
Lo siguiente sera contar con nuestro marco teórico para que la información
sea más clara y así respaldar nuestra investigación, he aquí donde surgen
nuestras hipótesis.
Por consiguiente, se realizarán las mediciones de temperatura y humedad
dentro de nuestras viviendas a analizar, las cuales se realizarán durante el
período de un año cada una, al mismo tiempo, monitoreando las condiciones
térmicas dentro de estas viviendas en horas clave del día y la noche.
Al término de las mediciones, los resultados seran procesados, se calcularán
las temperaturas mínimas, máximas y promedio de ambos casos, además se
determinará la humedad absoluta y relativa, apoyándonos en nuestro marco
teórico, el cuál se basa en las teorías de Olgyay y de Givoni.
Marco Teórico.
Para entender lo que es confort térmico tenemos que según la American
Society of Heating Refrigeration an Air condicitioning Engineers, más
conocida como la ASHRAE, el confort es definido como aquellas condiciones
de la mente, que expresan satisfacción del ambiente térmico.
En 1963, Olgyay reunió los resultados de
varias disciplinas y desarrolló una zona de
confort dentro de un esquema
denominado “Diagrama Bioclimático”.
Este método se basa en unas
condiciones muy concretas, para una
persona con una actividad ligera
(paseando), vestida con ropa de
entretiempo (1 Clo), sin viento y a la
sombra.
Figura 1.
En la primera figura se muestra en gris la zona de confort, delimitada
por la temperatura del aire entre los 21ºC y 27ºC, y la humedad relativa
entre 20ª y 75%, con una zona de exclusión para el aire demasiado
cálido y húmedo (sudor). Este gráfico además muestra:
Las sensaciones fisiológicas de las zonas periféricas.
Los límites de la actividad o el riesgo en función de las condiciones
de calor y humedad.
La tolerancia a bajas temperaturas cuando se aumenta el
arropamiento (unidades Clo).
En la segunda figura se muestra el desplazamiento de la zona de confort cuando se aplican medidas correctoras del ambiente:
Aumento de la radiación incidente o soleamiento (W absorbidos) contra el frío.
Aumento de la velocidad del viento (m/s) contra el exceso de calor y humedad.
Evaporación adiabática (g agua/Kg aire) contra el exceso de calor y sequedad.
Es interesante para el estudio del
ambiente exterior o clima, ya que se le
puede incorporar los datos de
temperatura y humedad del clima de
una localidad, en diferentes meses y
horas del día. También es un
indicativo de las medidas de
modificación microclimáticas para
corregir situaciones de incomodidad
térmica al exterior.
Figura 2. Carta bioclimática de Olgyay
(28o latitud Norte) (Varios Autores, 2011)
Sin embargo, este método ha recibido críticas cuando se ha querido aplicar
para evaluar condiciones ambientales interiores, ya que no permite evaluar
en detalle el “nivel de comodidad” ni la influencia de parámetros personales
como la actividad, el arropamiento o la temperatura radiante media de los
cerramientos, tal como se describen en otros métodos mas modernos.
Ref.: Izard, Jean-Louis y Guyot, Alain. Arquitectura Bioclimática. Gustavo Gili, Barcelona, 1980.
Componentes del Diagrama Bioclimático de Olgyay:
Humedad relativa: expresada como el porcentaje de humedad respeto al
máximo que admite la atmósfera a esta temperatura. Se representa en el eje
de las ordenadas del diagrama.
Temperatura seca: temperatura tal como la conocemos habitualmente,
medida por un bulbo termométrico seco. Se representa en el eje de abscisas
del diagrama.
Temperatura húmeda: es la temperatura que tendría un bulbo termométrico
permanentemente humedecido. Como la evaporación del agua provoca el
enfriamiento del bulbo, la temperatura húmeda es siempre menor que la
temperatura seca. En condiciones de atmósfera muy seca, la evaporación es
más rápida, por lo que la temperatura húmeda es menor, mientras que en
una atmósfera saturada de agua, no es posible la evaporación, y la
temperatura húmeda iguala a la temperatura seca. La medida se realiza con
viento en calma, ya que si no, éste aceleraría la evaporación. En el diagrama
se representa como un conjunto de curvas.
Área de confort: conjuntos de puntos (T,H) del diagrama en el cual un
individuo de metabolismo medio, vestido con ropa ligera de verano, en
reposo o realizando una actividad sedentaria, con el aire en reposo y sin
recibir radiación solar, se encontrará en condiciones confortables. Estas
condiciones se dan para temperaturas comprendidas entre los 20ºC y 27ºC, y
humedades relativas entre el 20-80%, exceptuando el triángulo de
temperaturas y humedades más altas (H>50%, T>24º).
Estas condiciones de confort están pensadas para climas cálidos. En climas
fríos, el área de confort puede extenderse hasta los 11-13ºC, sin más que
utilizar prendas de abrigo.
Por otro lado Givoni propone un método alternativo al que se le conoce como
“Climograma de Bienestar”, el cuál utiliza uno de los índices térmicos para
evaluar las necesidades humanas de bienestar, a partir del cual se
determinan las características que ha de tener el diseño del edificio para
conseguir ese bienestar. El método Givoni propone una serie de
precauciones y estrategias que deberán de considerarse si las condiciones
del clima exterior lo establecen. Estas recomendaciones permiten ajustar el
clima interior de la edificación, con una solución arquitectónica que facilite el
restablecimiento de las condiciones de bienestar y equilibrio
termohigrométrico para el hombre.
Las estrategias se logran con los datos meteorológicos de entrada,
principalmente temperatura de bulbo seco y humedad relativa, que al
ubicarlos sobre el diagrama permiten determinar si la solución arquitectónica
propuesta es o no correcta, de acuerdo con el clima del lugar.
El objetivo del método es tener ahorros energéticos durante la época cálida o
fría del año, que dependerá de:
Clima exterior
Inercia térmica del edificio
Forma y dimensión de áreas de iluminación y ventilación
Protección que se les dé durante la noche (abrir o cerrar elementos
para provocar o evitar la ventilación, según sea la necesidad)
Hipótesis
La diferencia entre el confort térmico entre las viviendas antiguas y las
modernas, radica en:
o La notable disminución de los metros cuadrados construídos.
o La disminución o eliminación de áreas verdes y patios.
o La orientación de la vivienda.
o Ubicación de las viviendas.
Método de trabajo.
Para la realización de esta investigación se planteó el siguiente método de
trabajo:
Acopio de información. En esta fase recaudaremos toda la
información necesaria para analizar las viviendas que fueron seleccionadas
como objeto de estudio. Durante este proceso se busca conocer el partido
arquitectónico, ubiación del predio, antigüedad, cortes, fachadas, además de
información acerca del registro climático, para identificar las fechas claves
más críticas de frío y calor en nuestra ciudad.
Selección de las muestras de estudio. Con la información recabada,
observaremos si las muestras de estudio son similares, es decir, que estén
en casi las mismas condiciones, en cuanto a espacios, tamaño, orientación,
para que no exista un contraste incongruente en los resultados.
Obtener los instrumentos de medición. En esta etapa, necesitamos
con el equipo necesario para realizar en óptimas condiciones la investigación.
Por lo tanto, nos daremos a la tarea de buscar qué herramientas nos pueden
servir para esta actividad, desde el rendimiento hasta el costo del equipo.
Realizar las mediciones térmicas: Teniendo las herramientas
elegidas, proseguiremos con la instalación del equipo en las viviendas. Los
equipos serán vigilados y monitoreados constantemente para cerciorarnos de
que los instrumentos estén cumpliendo su función.
Analizar los resultados de las mediciones y conclusiones: Una
vez arrojados los resultados, se procesarán, basándose en el marco teórico.
Ya analizada la información podemos hacer nuestras propias conclusiones,
haciendo un juicio de nuestra hipótesis.
Esquema de trabajo
Índice
Capítulo 1. Marco teórico.
Capítulo 2. Antecedentes.
2.1Primeras viviendas construídas en la Ciudad de Campeche.
2.2Desarrollo de las vivienda en la Ciudad.
Capítulo 3. Selección de las muestras de estudio.
Capítulo 4. Mediciones Higrotérmicas.
4.1. Instrumentos de medición.
4.2. Medición de la temperatura.
4.3. Medición de la humedad.
Capítulo 5. Procesamiento de los datos obtenidos por las mediciones.
5.1. Temperatura.
5.1.1. Temperaturas máximas.
5.1.2. Temperaturas mínimas.
5.1.3. Temperaturas promedio.
5.2. Humedad.
5.2.1. Humedad absoluta.
5.2.2. Humedad relativa.
Capítulo 6. Resultados y Conclusiones.
Fuentes de Información
Cronograma.
Actividades 4 8 12 16 20 24
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Acopio de la informaciónAnálisis de la informaciónSelección de los objetos de estudioObtención de los instrumentos de mediciónMediciones de temperatura y humedadAnálisis de los datos obtenidosConclusiones
Recursos económicos.
Descripción Cantidad Costo ImporteDatalogger 2 $ 5, 000.00 $ 10, 000.00Impresiones 250 $ 1.00 $ 250.00Transporte (Combustible) - - $ 1, 500.00
Total $ 11, 750.00
Recursos económicos.
4 personas.
Referencias.