clase virtual 1 la atmosfera y los contaminantes
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ASPECTOS TEORICOSLA ATMOSFERA Y LOS AGENTES
CONTAMINANTES
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FIGAE UNFV
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La Atmsfera
Es una capa gaseosa que envuelve la tierra, de aproximadamente 10,000km de espesor que rodea la litosfera e hidrosfera.
Esta compuesta de gases, y de partculas slidas ylquidas en suspensin atradas por la gravedad terrestre.
En ella se producen todos los fenmenos climticos ymeteorolgicos que afectan al planeta, regula la entrada y salida deenerga de la tierra y es el principal medio de transferencia de calor.
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LA ATMSFERA:
. Su masa total es de
aproximadamente 5.14x1015
toneladas mtricas, y tiene
aproximadamente 10,000 km de
espesor.
Mas del 99% de su masa total se
encuentra dentro de
aproximadamente los primeros
50 km de altitud
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IMPORTANCIADE LA ATMSFERA
Capa protectoraFuente de dixido de carbono y
oxgeno
Fuente de nitrgeno
Transporta agua
Filtra, absorbe y re-absorve la
radiacin electromagntica del sol
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COMPONENTES FORMULA QUIM. VOLUMEN %
Nitrgeno N2 78.08
Oxgeno O2 20.95
Argn Ar 0.93
Dixido de Carbono CO2 350 ppmv
Nen Ne 18.2 ppmvHelio He 5.24 ppmv
Metano CH4 2 ppmv
Criptn Kr 1.1 ppmv
Hidrgeno H2 0.5 ppmvOxido Nitroso N2O 0.3 ppmv
Xenon Xe 0.08 ppmv
Monoxido de Carbono CO 0.050.2 ppmv
Ozono O3 0.020.03 ppmv
COMPOSICIN MEDIA DE LA ATMSFERA SECA PORDEBAJO DE LOS 80 Km
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GASES %MOLAR PM PESOOxigeno 21%Nitrogeno 79%1 mol-kg
Peso molecular promedio del aire:Se considera al aire compuesto de 21% deO2y 79% de N2determinar el peso de 1
mol-kg
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1,000 ATM33,91 pies3agua14,7 psia29,92 pulgadas de Hg760 mm Hg1,013 x 105 Pa Newton/m2(N/m2)
101,3 kPa1,013 bar
Unidades de la Presin (1 ATM)
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SI 273,15 K 101,325 kPa 22,41 m3/ mol-kg
CIENTFICO 0,0 C60 F
760,00mmHg14,7 psi
22,41 litro/mol-g359,4 ft3/mol-lb
Gas nat. (15 C) (1 atm)
Condiciones estndar para los
gases ideales
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1,987 cal/mol-g K
1,987 BTU /mol-lb R
10,73 psia ft3/ mol-lb R
8,314 kPa.m3/mol-kg K
82,06 atm cm3/molg K
0,08206 atm litro / mol-g K
21,9 inch Hg ft3/mol-lb R
0,7302 atm ft3/ mol-lb R
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ESTRATOS DE LA ATMOSFERA:
La atmosfera se estratifica de acuerdo con la relacin temperatura-densidad,
como resultado de las interacciones entre los procesos fsicos y fotoqumicos en
el aire
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La ESTRATOFERA, que contiene la capa deozono, que absorbe las radiaciones nocivas decorta longitud de Onda procedente del espacio
exterior, permitiendo asi la existencia, deformas de vida avanzadas en la Tierra. Se
Extiende hasta los 50 km.
La TROPOSFERA es la primera capa. Tiene unespesor mnimo en los polos de 8 km y mximoen el ecuador de 17 km. En ella ocurren los
fenmenos meteorolgicos afectan a losecosistemas.
La TROPOSFERA representa el 80% de la masatotal de la atmosfera. Las nubes tipo cirro
pueden alcanzar una altitud superior a los 10
km.Se le conoce tambin como baja atmosfera.
Los gases ya no guardan la proporcin de lacapa inferior, se le conoce tambin comoTERMOSFERA, ya que en ella se alcanzalos 1600C. La densidad del aire es muy
prxima al vaco. Denominada tambin altaatmosfera.
LA MESOSFERA Capa situada sobre laestratosfera, entre los 50-100 km. en ella latemperatura vuelve a descender hasta
alcanzar en los 80 km los 100 C. Junto a laEstratsfera se les conoce tambin
como media atmosfera.
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TROPOSFERA
Capa mas baja (10-16 km).La composicin de los gases permanentesgeneralmente homognea.Temperatura decrece con altitud (-56 C)Existe una mezcla constante de las masasde aire
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ESTRATOSFERA:
Se extiende hasta unos 50km a partir de latropopausa.
La temperatura aumentacon la altura debido a losproceso de absorcin deradiacin UV por la ricacapa de ozono (20-50 km)
La temperatura llega a unvalor mximo (-2 C)comparable a latemperatura terestre.
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MESOSFERA:
A partir de la estratopausa, latemperatura desciende (-90C, 80 km)debido a la usencia de especiesabsorbentes de radiacin
La velocidad del viento alcanza valores de
hasta 150 m/sRegiones mas altas predominan iones ymolculas
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TERMOSFERA:
Se extiende hasta los lmitesexteriores lejanos (500 km).
La temperatura seincrementa (1,200 C)
Ocurre la disociacin eionizacin de las molculasconstituyentes del aire
Predomina la difusin frentela mezcla
El O2se encuentra en formaatmica (200 km) y es elprincipal constituyente
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Variacin trmica durante un da soleado
Durante la noche, la prdida de calor del suelo por radiacin terrestre enfra
tambin el aire en contacto con el y origina una inversin trmica.
Al amanecer la situacin cambia. El suelo se calienta Por la radiacin solar,
el calor es transmitido por conduccin trmica a las capas de aire inmediatasy la inversin empieza a desaparecer. A lo largo de la maana y principios de
la tarde el descenso de la temperatura con la altitud es muy rpido.
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QUE ES CONTAMINACION DEL AIRE?
Cuando una sustancia que se libera alambiente genera compuestos o sustanciasderivadas que alcanzan concentraciones
elevadas y con un tiempo de permanenciaen el aire capaz de provocar un efectonocivo en la salud y bienestar de las
personas, en los animales y en los recursosnaturales.
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ENFOQUE SISTEMICO
Se puede establecer la interaccin de trescomponentes
FUENTESEMISORAS
ATMOSFERA EFECTOS
NaturalesAntrpicas
TransporteDifusin
Acumulacin
PoblacinNaturaleza
Clima global
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QUE ES EMISIONES EINMISIONES Emisiones
Se entiende por emisin a latotalidad de sustancias que
pasan a la atmsfera despusde dejar la fuente.
Por ejemplo:
Las emanaciones gaseosas de
distintas industrias, los humosevacuados de los procesos de
produccin de energa, etc.
InmisionesSe entiende por inmisin a laconcentracin decontaminantes a nivel del
suelo, de modo temporal opermanente.
Por ejemplo:La cantidad de CO en el aire
de una ciudad pero a nivel delpiso y hasta una altura de 2 m,es un indicador de la calidadambiental
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Industrias, Produccin de energa
Transportes
Agricultura
Industrias de extraccin
Fuentes domesticas
Fuentes naturales,
Principales fuentes emisoras de lacontaminacin del aire
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Fuentes de Contaminacin
TIPOS DE FUENTES EMISORAS
NATURALES ANTROPOGNICAS
Volcanes, incendios forestales,descomposicin de la materiaorgnica en suelos y ocenos
Focos fijos: industriales ydomsticos
Focos mviles: automviles
Focos compuestos: reasurbanas
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INDUSTRIAS Y PRODUCCION DE ENERGIA
Emisiones industriales contaminan
Por la quema de combustibles fsiles (petrleo, carbn, diesel,gasolinas, etc.) para los diversos procesos.
Por la emisin de productos o desechos qumicos voltiles
(cidos, solventes, catalizadores) en los procesosindustriales o almacn.
Por la modificacin de las condiciones ambientales (calor yliberacin de partculas inertes que modifican la
visibilidad y la penetracin de la luz). Se considera que seproducen ms de 70000 compuestos qumicos diferentes(gran de mayora generados por la industria y son
voltiles).
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Las grandes centrales trmicas, alimentadas porfuel oil o carbn, representan los principales focos de
contaminacin atmosfrica Espaa, Francia y otrospas de Europa.
El empleo de energa elica evit la emisin de quince millones de toneladas de dixido de carbono32Mag. Victor Terry Calderon
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Otras industrias que implican combustin: refinera de petrleogeneralmentelocalizadas cerca del mar. Usan el agua para enfriar las chimeneas.
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Las industrias qumicas:
De productos inorgnicos ms
importantes son la de fabricacin del cidosulfrico, la industria del vidrio, la deproduccin de aluminio, cobre, hierro yacero, la de obtencin de amonaco y abonosnitrogenados, entre otras.
De productos orgnicos ms importantesson la industria carboqumica,petroqumica, y como derivadas de stas, lasindustrias de los plsticos y resinassintticas, y las de fabricacin dedetergentes
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Farmacuticas(medicamentos), cosmticos yperfumes.
Nuclear (en desarrollo fuerte en Francia,Japn, China, Rusia,).
Alimentaria (bacterias)
Automvil (metales)
Pinturas (metales y COV)
Madera
Textil
Incineracin (dioxinas)
OTRAS PRINCIPALES INDUSTRIAS(que tienen su polucin bienespecifica):
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TRANSPORTES Los contaminantes se liberan por la quema de combustibles como eldiesel y la gasolina
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Por ejemplo, la antigedad de los vehculos de transporte pblicoy el grado decontaminacin que estos traen, es el mayor problema que tiene Lima. Segn elministerio de transporte y comunicaciones, actualmente se permite la importacin devehculos usados con un mximo de 7 aos de antigedad, y teniendo as que el 65% de
los vehculos importados durante 2006 fueron usados. La falta de requisitos tcnicos yambientales para el transporte, as como la ausencia de revisiones tcnicas en lasunidades desde 1987, han generado un parque automotor altamente contaminante. Sinembargo, la baja calidad de combustibles, que son vendidos genera un problema anmayor.
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AGRICULTURAUna investigacin de la Universidad de Crdobacomprob que la agricultura puede contaminar
el aire tanto como la industria y el trnsitovehicular.
Podra ser un chiste escatolgico, perolamentablemente no lo es: los gases emitidos porlos intestinos de lasvacas son en parte
responsables del efecto invernadero. Cada uno deestos animales,y hay millones de ellos, produce adiario entre 3 y 4 litros de gas metano, lo quecontribuyen con un 5% del total de los gases deefecto invernadero.
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El mismo estudio, revela tambin que losproductos utilizados en el campo no slo
tienen el poder de afectar a los subsistemasterrestre y acutico, sino tambin al aire(polvo, pesticidas, herbicidas,insecticidas).
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Fogata.Excrementos de los animales (cerdos, vacas,
pollos,) que provocan olores nauseabundas.
Uso de maquinas agrcolas pesadas.
Deforestacin, avanza a un ritmo de unos 13millones de hectreas al ao, aunque laprdida neta es de 7,3 millones de hectreas,gracias a la reforestacin o a la expansinnatural de los bosques existentes. Ladeforestacin alcanza sus valores ms elevadosen Amrica del Sur y frica
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FUENTES DOMESTICAS
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Directamente a la contaminacin atmosfrica
a travs del uso de sustancias aerosoles (en aspersores de aromatizantes o cosmticos, oen el anticongelante del refrigerador o del sistema de aire acondicionado) que contienenclorofluorocarbonos;
mediante la quema incompleta de gas (calefaccin); la incineracin de basura; o eluso de insecticidas, de pinturas, el humo de tabaco.
De manera indirecta al derrochar energa (luz, calentadores, enfriadores, etc.).
Contaminacin en los hogares, aunque sus proporcionespudieran parecer menores comparadas con las tres fuentesanteriores, los hogares contribuyen:
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FUENTES NATURALES
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FUENTE CONTAMINANTEVolcanes Oxido de azufre, partculas.
Incendiosforestales
Monxido de carbono, dixido de carbono, xidos denitrgeno, partculas.
Vendavales PolvoPlantas (vivas) Hidrocarburos, polen
Plantas (en
descomposicin)
Metano, sulfuro de hidrgeno
Suelo (erosin) Virus, polvo
Mar Partculas de sal
FUENTES NATURALES
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Clasificacin de contaminantes
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Clasificacin de contaminantes
CONTAMINANTES PRIMARIOS:
Sustancias contaminantes que son vertidas directamentea la atmsfera. Pueden ser gaseosos ( xidos de azufre SOxmonoxido de carbono CO, etc.) o partculas (aerosoles:partculas sedimentables y en suspensin y los humos)
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CONTAMINANTES SECUNDARIOS:No se vierten directamente a la atmsfera desde
los focos emisores, sino que se producen como
consecuencia de las transformaciones y reacciones
qumicas y fotoqumicas que sufren loscontaminantes primarios en la atmsfera.
Ejemplo:
Lluvia cida, rotura de la capa de ozono,
contaminacin fotoqumica.
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LOS AEROSOLES:
Se incluyen: - partculas sedimentarias y en suspensin- humos
El trmino aerosol o partcula se utiliza a veces indistinta-
mente, ya que los aerosoles atmosfricos se definen como:Dispersiones de sustancias slidas o lquidas en el aire
Las propiedades de los aerosoles que ms afectan a losprocesos de contaminacin atmsfrica son:
tamao de las partculas forma composicin qumica
CONTAMINANTES PRIMARIOS
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DENOMINACIN COMPOSICIN
Ncleos de Aitken Partculas con menos de 1 micra de dimetro
Partculas medias
(en suspensin)Partculas con un dimetro comprendido entre 1y 10 micras
Partculas sedimentables Partculas con dimetro superior a 10 micras
PolvosPartculas slidas de origen mineral o materiaslida dispersada por el aire.
Humos industriales
Partculas slidas o lquidas debidas a la
volatilizacin de metales, seguida o no de suoxidacin por el aire o condensacin de vapores.
Humos de combustinHumos debidos a procesos de combustin,constituidos por partculas de carbono y dehidrocarburos no quemados y cenizas volantes.
CLASIFICACIN DE LAS PARTCULAS POR TAMAO Y COMPOSICIN
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OXIDOS DE AZUFRE (SO )
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OXIDOS DE AZUFRE (SOx):La combustin de cualquier sustancia con azufre produce:
anhdrido sulfuroso (SO2)anhdrido sulfrico (SO3 ): en menor proporcin (1 o 2% del
anterior).
SO2 : S + O2 SO2
Es un gas incoloro, de olor picante irritante en concentraciones
superiores a 3 ppmEs 2.2 veces ms pesado que el aireGas bastante estable
SO3: 2SO
2+ O
2 2SO
3(reaccin lenta)
Gas incoloro, muy reactivo que condensa fcilmenteEn condiciones normales, no se encuentra en la atmsfera,
ya que reacciona rpidamente con el agua atmosfrica,formando acido sulfrico.
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MONOXIDO DE CARBONO (CO)
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MONOXIDO DE CARBONO (CO):Es el contaminante del aire ms abundante en la capa inferior de laatmsfera, sobre todo en el entorno de las grandes ciudades.
Gas incoloro, inodoro e inspidoSu punto de ebullicin es 192 CSu densidad es de 96.5 % de la del aireGas muy ligero no es apreciablemente soluble en agua.Inflamable, arde con llama azul, sin mantener la combustin
El CO se produce de alguno de los siguientes procesosQumicos:
Combustin incompleta del carbono (C)Reaccin a elevada T entre el CO2y materiales con CDisociacin del CO2a altas TOxidacin atmosfrica del metano (CH4) de la materia org.Produccin y degradacin de la clorofila de plantas
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LOS XIDOS DE NITROGENO (NOx):Se conocen ocho (8) xidos de nitrgeno distintos, peroSolo son contaminantes dos de ellos: xido ntrico (NO)Y el dixido de nitrgeno (NO2).
El NO es un gas incoloro y no inflamable, pero inodoro ytxico. Son los ms emitidos en la atmsfera.
El NO2es un gas pardorojizo, no inflamable, txico yse caracteriza por un olor muy asfixiante.
Los xidos de nitrgeno se forman por la oxidacin delnitrgeno atmosfrico durante los procesos de combustin
a temperaturas elevadas. N2 + O2 2 NOPor oxidacin del NO
2 NO + O2 2 NO2
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HIDROCARBUROS (HC):
Sustancias que contienen hidrgeno y carbono.
Los hidrocarburos que contienen de uno a cuatro tomos de carbono son
gases a la T ordinaria y son estos los ms importantes en lo que se
refieren a la contaminacin de la atmsfera, ya que favorecen a la
formacin de las reacciones qumicas.
Incluye: etano, etileno, propano, butanos y pentanos.
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OZONO (O3)
Forma alotrpica del oxgeno.
En condiciones naturales en un gas incoloro de olor
picante caracterstico.
Posee gran poder oxidante y gran tendencia a trans-
formarse en oxgeno.Sus concentraciones se incrementan con la altura.
Su presencia en la parte baja de la atmsfera se debe,
sobre todo, a la accin fotoqumica de las radiaciones
solares, en presencia de NOx y HC.
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DIOXIDO DE CARBONO (CO )
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DIOXIDO DE CARBONO (CO2):
Conocido tambin como anhdrido carbnico, es un gas incoloro, inodoro, no
txico, mas denso que el aire.
Se presenta en el aire en concentraciones que oscilan entre 250 y 400 ppm.
En realidad no puede considerarse como contaminante en sentido estricto
ya que no es txico y se halla en atmsferas puras de modo natural. No
obstante por los riesgos que entraa su acumalacin en la atmsfera, comoconsecuencia de las actividades humanas que pudieran dar lugar a una
modificacin del clima de la tierra, se le considera sustancia contaminante.
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OTROS CONTAMINANTES:
Se presentan muy raramente, pero pueden producir
efectos negativos sobre determinadas zonas, por ser
Su emisin a la atmsfera muy localizada.
Derivados del azufre
Compuestos halogenados y sus derivados: cloro, floruro de hidrgeno, cloruro
de hidrgeno y ciertos haluros: destaca la accin txica del fluor y susderivados sobre los vegetales.
Arsnico y sus derivados.
Componentes orgnicos
Partculas de metales pesados y ligeros: plomo, mercurio, cobre, zinc. Metalestxicos (Hg, Pb)
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CONTAMINANTES SECUNDARIOS
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CONTAMINANTES SECUNDARIOS
CONTAMINACION FOTOQUMICA:
Se produce por la aparicin en la atmsfera de oxidantes,
originados al reaccionar entre si los xidos de nitrgeno,
los hidrocarburos y el oxgeno en presencia de la
radiacin ultravioleta de los rayos del sol.
El proceso es el siguiente:
Oxidantes a travs del ciclo fotoltico del NO2
NO2 + Radiacin Ultravioleta NO + O
O + O2 O3O3+ NO NO2 + O2
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Formacin de radicales libres activos.
O3+ 3HC 3HCO-
Formacin de productos finales.
HC-3+ HC Aldehdos, ketonas, etc.
HCO2 + NO2 Nitratos de peroxiacilo (PAN)
La mezcla resultante de todas estas sustancias da lugar
a la denominada contaminacin fotoqumica o smogfotoqumico, tipo los Angeles.
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ACIDIFICACIN DEL MEDIO AMBIENTE:
Es la prdida de la capacidad neutralizantedel suelo y del agua, como consecuencia del
retorno a la superficie de la tierra en forma decidos de los xidos de azufre y nitrgenodescargados a la atmsfera.
Conocido tambin como lluvias cidas.
56Mag. Victor Terry Calderon
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M Vi t T C ld
Problemas
Preguntas