Revista Científica de Ingeniería, Industria y Arquitectura
Vol.8, Núm.15 (ene-jun 2025) ISSN: 2737-6451
Cita sugerida: Holguín-Cedeño, E., Cedeño-Toro, M., García-Loor, G., &
Abambari-Vera, J. (2025). Optimización del proceso de doble cierre en
envases metálicos mediante implementación de rulinas en máquinas
cerradoras RF-4A3. Revista Científica FINIBUS Ingeniería, Industria y
Arquitectura, 8(15), 95-102. https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.010
DOI: https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.010
Recibido: 21-06-2024 Revisado: 20-10-2024
Aceptado: 15-12-2024 Publicado: 24-01-2025
Artículo de investigación
Optimización del proceso de doble cierre en envases
metálicos mediante implementación de rulinas en
máquinas cerradoras RF-4A3
Edison Holguín-Cedeño [1]
Michael Cedeño-Toro [1]
Gissella García-Loor [1]
Johnny Abambari- Vera [1]
[1] Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda Martínez (ISTLAM). Carrera Mecánica y Operación de Máquinas. Manta, Ecuador.
Autor para correspondencia: g.garcia@itslam.edu.ec
Resumen
El presente artículo aborda la optimización del proceso de doble cierre en envases metálicos, un factor clave para garantizar la
calidad y seguridad de los productos envasados. La investigación se centra en las máquinas cerradoras RF-4A3, identificando
problemas como la mala calibración, el desgaste de rulinas y la falta de mantenimiento, los cuales impactan negativamente en
la eficiencia del proceso y en la hermeticidad del sellado. Como solución, se implementaron rulinas diseñadas específicamente
para mejorar la precisión y consistencia del cierre. Estas fueron fabricadas con acero martensítico, material que ofrece alta
durabilidad y resistencia al desgaste, utilizando mecanizado de alta precisión en torno CNC y herramientas avanzadas como el
software Mastercam. Esto permitió obtener rulinas con tolerancias dimensionales precisas y un acabado superficial óptimo.
Los resultados demostraron un aumento significativo en el porcentaje de áreas libres de arrugas en el doble cierre, lo que refleja
una mejora notable en la calidad del sellado. En latas de tapa plana, el porcentaje libre de arrugas aumentó del 46% al 60%,
mientras que en latas de tapa abre fácil pasó del 43% al 93%. Estas mejoras evidencian un avance en la eficiencia del cierre y
la preservación del contenido, consolidando este enfoque como una práctica innovadora y replicable en la industria de envases
metálicos.
Palabras Clave: proceso doble cierre, rulinas, máquinas cerradoras, envases metálicos, RF-4A3.
Optimization of the double sealing process in metal containers through the implementation
of rollers in RF-4A3 seaming machines.
Abstract
This article addresses the optimization of the double seaming process in metal containers, a key factor in ensuring the quality
and safety of packaged products. The study focuses on RF-4A3 closing machines, identifying issues such as poor calibration,
wear of seaming rolls, and inadequate maintenance, which negatively impact process efficiency and seal integrity. As a solution,
specially designed seaming rolls were implemented to enhance the precision and consistency of the seam. These rolls were
manufactured using martensitic steel, a material chosen for its high durability and resistance to wear and were crafted with
high-precision machining techniques on CNC lathes, supported by advanced tools such as Mastercam software. This ensured
rolls with precise dimensional tolerances and optimal surface finishes. The results showed a significant increase in the
percentage of wrinkle-free areas in the double seam, highlighting a marked improvement in seam quality. In flat-top cans, the
wrinkle-free percentage rose from 46% to 60%, while in easy-open cans, it increased from 43% to 93%. These improvements
demonstrate advancements in sealing efficiency and content preservation, establishing this approach as an innovative and
replicable practice in the metal packaging industry.
Keywords: double sealing process, rollers, closing machines, metal containers, RF-4A3.
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Holguín-Cedeño et al. (2025) https://doi.org/10.56124/finibus.v8i15.010
1. Introducción
La industria del envasado metálico ha experimentado un
crecimiento significativo desde sus inicios en el siglo XIX,
consolidándose como un método eficiente para preservar y
proteger productos en una amplia variedad de sectores. En
este contexto, el proceso de doble cierre ha emergido como
una técnica esencial para garantizar la hermeticidad y la
seguridad de los productos envasados. Según Oñate (2006),
el cierre adecuado de los envases metálicos previene
problemas como la contaminación bacteriológica, la
corrosión y la alteración del contenido, además de asegurar
la resistencia necesaria para soportar las exigencias del
transporte y almacenamiento.
Las máquinas cerradoras son ampliamente utilizadas en la
industria debido a su capacidad para realizar cierres precisos
y consistentes. No obstante, su desempeño puede verse
afectado por problemas recurrentes como el desgaste de las
rulinas, una calibración incorrecta o la falta de
mantenimiento, lo que impacta negativamente en la calidad
y la eficiencia del cierre. Quezada (2023) enfatiza que la
implementación de mejoras técnicas, como el diseño
optimizado de rulinas, puede solucionar estas limitaciones,
aumentando la precisión del proceso y reduciendo el
desperdicio de material.
En el Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda
Martínez, estas máquinas se utilizan con fines educativos en
carreras relacionadas con la mecánica y operación de
máquinas, donde su desempeño es crítico tanto para la
formación técnica de los estudiantes como para la simulación
de procesos industriales reales. Sin embargo, se han
identificado fallos técnicos y ciclos de producción
prolongados debido a las limitaciones actuales en el diseño
de las rulinas, lo que resalta la necesidad de una mejora
técnica en este componente clave del proceso.
La optimización del doble cierre no solo responde a las
demandas operativas, sino también a los estándares de
calidad y seguridad alimentaria, como lo señalan Barbosa-
Cánovas et al. (2003), quienes destacan que un sellado
hermético adecuado es esencial para mantener la integridad
del producto y garantizar su inocuidad. Además, la
Organización Mundial de la Salud (OMS, 2015) subraya que
fallas en el empaque o el sellado pueden resultar en riesgos
significativos para la salud pública, especialmente en
alimentos altamente perecederos.
Por otro lado, la literatura técnica señala que las herramientas
avanzadas de mecanizado y diseño asistido por
computadora, como el software Mastercam, permiten
fabricar componentes con alta precisión y tolerancias
controladas, factores clave para mejorar procesos
industriales críticos (Toledo, 2007). La implementación de
rulinas fabricadas con acero martensítico ofrece una solución
viable para abordar los desafíos actuales en las máquinas
cerradoras RF-4A3, mejorando tanto la calidad del cierre
como la eficiencia del proceso.
El acero martensítico es un material destacado en
aplicaciones industriales debido a su dureza, resistencia al
desgaste y capacidad de endurecimiento, características que
lo hacen ideal para componentes sometidos a cargas
constantes, como las rulinas (Deng et al., 2021). La
transformación martensítica inducida por deformación es un
fenómeno importante en aleaciones de alta entropía, que
podría influir en el comportamiento del acero martensítico
en aplicaciones industriales (Kenta et al., 2024)."
El doble cierre es un proceso esencial en la industria del
envasado metálico, ya que garantiza la hermeticidad y
seguridad de los productos, preservando sus propiedades
organolépticas y microbiológicas (Rodríguez & Pérez,
2012). Este proceso consiste en unir herméticamente el
cuerpo del envase y su tapa mediante un mecanismo de
engatillado doble, que forma una barrera contra
contaminantes externos (Fanser, 2023).
En las últimas décadas, la industria ha adoptado tecnologías
avanzadas para mejorar la calidad y consistencia del cierre,
reduciendo defectos como arrugas y rebabas (Barbosa-
Cánovas et al., 2003). No obstante, desafíos técnicos como
el desgaste de rulinas, mala calibración y materiales
inadecuados afectan el desempeño de las máquinas
cerradoras, generando pérdidas de material y reduciendo la
eficiencia operativa (Jiménez, 2015).
Esta investigación busca optimizar el proceso de doble cierre
en envases metálicos mediante el diseño y fabricación de
rulinas específicas para las máquinas cerradoras RF-4A3. La
implementación de acero martensítico y tecnologías como
CAD/CAM y CNC asegura resultados reproducibles y
alineados con los estándares internacionales de calidad,
como ISO 22000 (ISO, 2020).
2. Background
El cierre hermético de envases metálicos es una tecnología
que ha evolucionado desde el siglo XIX, adaptándose a las
demandas de la industria alimentaria (Rodríguez et al.,
2019). Las máquinas cerradoras modernas, como las RF-
4A3, emplean rulinas de primera y segunda operación para
lograr cierres uniformes y seguros. Estas máquinas requieren
ajustes precisos y componentes de alta resistencia para
mantener la calidad del sellado, especialmente bajo
condiciones operativas intensivas (Tello-Macías & Herrera
Suárez, 2021).
El acero martensítico es un material ampliamente utilizado
en aplicaciones industriales debido a su dureza, resistencia al
desgaste y capacidad de endurecimiento, características que
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Optimización del proceso de doble cierre en envases metálicos mediante implementación de rulinas
en máquinas cerradoras RF-4A3
lo hacen ideal para componentes sometidos a cargas
constantes, como las rulinas (Jiménez, 2015).
Características Técnicas de las Máquinas Cerradoras
RF-4A3
La RF-4A3 es una máquina cerradora versátil, diseñada para
sellar envases metálicos de diversas dimensiones con
precisión y consistencia. Este equipo consta de varios
componentes clave: una base, un dispositivo de
alimentación, una cabeza giratoria, una placa de sellado, un
dispositivo de ajuste y un sistema eléctrico. Cada uno de
estos elementos trabaja de manera integrada para garantizar
un sellado eficiente (Fanser, 2023).
Una de las características más destacadas de esta máquina es
su capacidad para ajustarse a diferentes tamaños y diámetros
de latas sin requerir modificaciones importantes. Esto se
logra mediante un plato base ajustable que permite variar la
presión ejercida por la cabeza giratoria sobre el envase.
Además, el dispositivo de ajuste de altura facilita el cierre de
recipientes de diferentes alturas dentro de un rango
determinado, asegurando una presión uniforme y adecuada
durante el proceso (Rodríguez et al., 2019).
El proceso de sellado es completamente automatizado: al
colocar el recipiente con la tapa en la bandeja y activar el
interruptor, la bandeja se eleva automáticamente. La cabeza
de presión y la bandeja trabajan en conjunto para presionar
firmemente el recipiente mientras giran, completando el
proceso de sellado en un solo ciclo. Este diseño optimiza los
tiempos de operación y asegura un cierre hermético, esencial
para la integridad del producto final (Quezada, 2023). Sus
características se presentan en la Figura 1.
Figura 1: Características de la cerradora RF-4A3.
El Doble Cierre: Importancia y Técnica
El doble cierre es un proceso técnico que une el extremo del
cuerpo del envase con su tapa o fondo mediante una técnica
de engatillado doble. Este procedimiento consta de dos
operaciones: en la primera, el ala del fondo se enrolla
suavemente sobre la pestaña del cuerpo del envase,
formando ganchos holgados. En la segunda operación, las
capas de metal se comprimen para crear una costura
hermética y uniforme (Alimentaria, 2014).
La importancia del doble cierre radica en su capacidad para
garantizar la esterilidad del contenido, evitando fugas y
contaminaciones que podrían comprometer la seguridad del
producto. Los controles de calidad son imprescindibles para
identificar y corregir defectos en el sellado, utilizando
técnicas avanzadas como la inspección por rayos X, que
permiten un análisis detallado de los posibles fallos
(Rodríguez & Pérez, 2012).
Las Rulinas en el Proceso de Doble Cierre
Las rulinas son los componentes principales que permiten
ejecutar el proceso de doble cierre. Existen dos tipos: las
rulinas de primera operación, responsables de formar y
enlazar los ganchos iniciales, y las de segunda operación,
que comprimen las capas de metal para sellar el envase de
manera definitiva (Fanser, 2023).
El diseño de las rulinas varía según la función que
desempeñan. Las de primera operación poseen un perfil
profundo diseñado para enrollar el ala del fondo sobre la
pestaña del cuerpo del envase, mientras que las de segunda
operación tienen un perfil menos pronunciado, diseñado para
aplanar y comprimir las capas formadas en la primera
operación.
Figura 2: Rulinas de primera y segunda operación.
(www.mundolatas.com)
El material utilizado en las rulinas, como el acero
martensítico, es esencial para garantizar su durabilidad y
precisión. Este material combina alta resistencia al desgaste
con una capacidad de mantener tolerancias estrictas, lo que
es crucial para lograr un sellado consistente (Jiménez, 2015).
Estado de las Rulinas en las Máquinas RF-4A3
En el Instituto Superior Tecnológico Luis Arboleda
Martínez, las rulinas de las máquinas cerradoras RF-4A3 han
mostrado problemas significativos de desgaste, mala
calibración y falta de mantenimiento. Estos problemas
afectan la calidad del cierre y generan defectos como sellos
incompletos, rebabas y deformaciones en las tapas (Fanser,
2022).
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Las pruebas iniciales realizadas en envases de tapa plana y
abre fácil revelaron defectos como arrugas excesivas y
medidas fuera de tolerancia (ver Tabla 1 y Tabla 2). Para
abordar estas limitaciones, se propuso el diseño y fabricación
de rulinas optimizadas que garanticen un sellado eficiente y
una mayor durabilidad en el proceso.
Tabla 1: Prueba en envase de tapa plana.
Práctica Envase tapa plana
INSPECCIÓN DEL CIERRE
Inspección Visual del cierre:
Filo cortante
Abolladuras
Rayaduras
Medidas exteriores
Envase A
Envase B
Envase C
Altura
1,22
1,35
1,35
Espesor
0,57
0,51
0,51
Profundidad
1,24
1,58
1,54
Medidas interiores
Envase A
Envase B
Envase C
Gancho de cuerpo
0,97
0,97
0,96
Gancho de Tapa
0,65
0,61
0,69
Resultado - porcentaje de arruga:
46%
Overlop= minGc+minGT+8 - maxAl
30
La tabla muestra una prueba realizada en envases tapa plana
en la máquina cerradora FR-4A3.
Tabla 2: Prueba en envase de tapa abre fácil.
Práctica Envase tapa abre fácil
INSPECCIÓN DEL CIERRE
Inspección Visual del cierre:
Abolladuras
Filo cortante
Rayaduras
Medidas exteriores
Envase A
Envase B
Envase C
Altura
1,17
1,12
1,18
Espesor
0,60
0,72
0,73
Profundidad
1,85
1,90
1,86
Medidas interiores
Envase A
Envase B
Envase C
Gancho de cuerpo
0,71
0,68
0,70
Gancho de Tapa
0,67
0,66
0,63
Resultado - porcentaje de arruga:
63%
Overlop= minGc+minGT+8 - maxAl
21
La tabla muestra una prueba realizada en envases tapa abre
fácil en la máquina cerradora FR-4A3.
3. Materiales y métodos
Se utilizaron los siguientes materiales y herramientas para la
optimización del doble cierre en envases metálicos:
Máquinas Cerradoras RF-4A3: Dos unidades
localizadas en el Instituto Superior Tecnológico
Luis Arboleda Martínez.
Mandriles: Nuevos modelos para tapas planas y
abre fácil, diseñados específicamente para el
estudio.
Torno CNC: Empleado para el mecanizado preciso
de las rulinas (Yang & Zhao, 2021).
Software Mastercam: Utilizado para el diseño
geométrico de las rulinas y simulación de
mecanizado (Mastercam, 2023).
Material Base: Acero martensítico, seleccionado
por su resistencia al desgaste y durabilidad (Kumar
et al., 2020).
Herramientas de Corte: Cuchillas de nitruro de
boro para mecanizado de materiales endurecidos.
Instrumentos de Medición: Micrómetros y
calibradores para verificar dimensiones críticas.
El proceso metodológico incluyó las siguientes etapas (Ver
Figura 3):
Selección del Material: Tras un análisis comparativo, se
eligió el acero martensítico debido a su excelente balance
entre costo, rendimiento y facilidad de mecanizado,
características clave para su uso en aplicaciones industriales
(Deng et al., 2021).
Diseño del Perfil: Las rulinas de primera y segunda
operación fueron diseñadas en Mastercam, asegurando
tolerancias dimensionales de ±0.02 mm y radios específicos,
lo que garantizó precisión y eficiencia en el proceso de
fabricación (Deng et al., 2021). Durante el mecanizado en
torno CNC, el acero martensítico mostró buena
maquinabilidad, alcanzando una precisión dimensional de
±0.02 mm, conforme a los estándares exigidos para
aplicaciones de alta precisión (Quezada, 2023). Además, el
uso de tecnologías avanzadas como el aprendizaje
automático ha demostrado ser prometedor en la optimización
de procesos industriales, incluido el mecanizado de
materiales duros como el acero martensítico (Kim et al.,
2018).
Consideraciones sobre las aleaciones de alta resistencia: El
comportamiento mecánico de las aleaciones de alta
resistencia a bajas temperaturas es crucial para la fabricación
de componentes sometidos a condiciones extremas, como las
rulinas en el proceso de envasado (Umezawa, 2021).
Propiedades del acero martensítico: Tras el tratamiento
térmico, el acero martensítico alcanzó una dureza de 55
HRC, validando su idoneidad para aplicaciones intensivas.
Este valor supera el promedio observado en materiales
estándar, lo que confirma su capacidad para resistir
condiciones operativas extremas sin presentar desgaste
prematuro (Deng et al., 2021; Barbosa-Cánovas et al., 2003).
Además, el tratamiento térmico y el envejecimiento pueden
influir significativamente en las propiedades
microestructurales y mecánicas de aceros como el RAFM, lo
que es clave para mejorar los materiales utilizados en
aplicaciones industriales (Qiu et al., 2024).
Comportamiento del material en aplicaciones industriales:
El acero martensítico es ampliamente utilizado en
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Optimización del proceso de doble cierre en envases metálicos mediante implementación de rulinas
en máquinas cerradoras RF-4A3
aplicaciones industriales por su dureza, resistencia al
desgaste y capacidad de endurecimiento, características que
lo hacen ideal para componentes sometidos a cargas
constantes, como las rulinas (Jiménez, 2015). Los cambios
microestructurales durante el tratamiento térmico del acero
martensítico son fundamentales para su desempeño, lo que
lo hace aún más adecuado para aplicaciones industriales
exigentes (Schmidtseifer & Weber, 2021).
Mecanizado: Las operaciones de mecanizado, realizadas en
torno CNC, incluyeron refrentado y cilindrado para
garantizar las especificaciones deseadas y la calidad del
material (Deng et al., 2021).
Tratamiento Térmico: Se aplicó un tratamiento de templado
a 800 °C seguido de enfriamiento en aceite, con el objetivo
de mejorar la dureza y la resistencia del acero (Barbosa-
Cánovas et al., 2003).
Rectificado y Pulido: Se realizaron ajustes de rectificado y
pulido para lograr un acabado uniforme y tolerancias
estrictas, asegurando la calidad final de las rulinas.
Finalmente, se llevó a cabo una verificación exhaustiva de
las rulinas fabricadas. Este proceso incluyó la medición de
parámetros críticos como la rectitud, la concentricidad, y las
dimensiones clave, utilizando instrumentos de medición de
alta precisión.
4. Resultados
El análisis comparativo demostró que el acero martensítico,
reforzado con aleaciones de cromo, es el material más
adecuado para las rulinas debido a su alta resistencia al
desgaste, buena capacidad de endurecimiento y costo
moderado (Jiménez, 2015). Este material supera en
rendimiento a otros como el acero inoxidable y el bronce,
destacándose por su balance entre durabilidad y rendimiento
en aplicaciones industriales intensivas (Rodríguez et al.,
2019).
El acero martensítico alcanzó una dureza de 55 HRC tras el
tratamiento térmico, validando su idoneidad para
aplicaciones intensivas. Este valor supera el promedio
observado en materiales estándar (Deng et al., 2021),
confirmando su capacidad para resistir condiciones
operativas intensivas sin mostrar desgaste prematuro.
Durante el mecanizado en torno CNC, el acero martensítico
presentó buena maquinabilidad, logrando una precisión
dimensional de ±0.02 mm, consistente con los estándares
requeridos para aplicaciones de alta precisión (Quezada,
2023). Además, la tasa de desgaste de herramientas estuvo
dentro de límites aceptables, lo que favorece la economía
operativa.
Figura 3: Proceso de fabricación de rulinas
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Se lograron los diseños geométricos previstos para las
rulinas de primera y segunda operación, cumpliendo con las
tolerancias dimensionales y funcionales necesarias:
Dimensiones: Las rulinas fabricadas se ajustaron a
especificaciones críticas, como perfiles inclinados
de y para la primera y segunda operación,
respectivamente.
Acabado: Las rulinas fabricadas lograron
tolerancias dimensionales precisas y una rugosidad
superficial de 0.4 μm, ideal para garantizar cierres
eficientes y libres de defectos (Rodríguez et al.,
2019).
Las pruebas de vida útil demostraron que las rulinas
fabricadas con acero martensítico soportaron más de 50,000
ciclos de cierre antes de mostrar desgaste significativo,
superando en un 20% el rendimiento de rulinas estándar
(Tello-Macías & Herrera Suárez, 2021).
Las pruebas realizadas con envases metálicos de tapa plana
y abre fácil en las máquinas cerradoras RF-4A3 evidenciaron
mejoras notables, como se muestra en las Tabla 3 y Tabla 4.
El siguiente gráfico compara los porcentajes de arruga antes y después de la implementación de las rulinas optimizadas:
Figura 4: Comparación de porcentajes de arrugas.
Tabla 3: Resultados de tapa plana
Tabla 4: Resultados de tapa abre
fácil
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Optimización del proceso de doble cierre en envases metálicos mediante implementación de rulinas
en máquinas cerradoras RF-4A3
Los resultados obtenidos en esta investigación superan
hallazgos previos. Por ejemplo, Barbosa-Cánovas et al.
(2003) reportaron mejoras del 10-15% en el desempeño de
rulinas estándar al implementar diseños geométricos
avanzados, mientras que, en este caso, las mejoras
alcanzaron el 20-47% dependiendo del tipo de envase.
Además, los valores de dureza (55 HRC) y rugosidad
superficial (Ra de 0.4 μm) son competitivos con estándares
internacionales de calidad en la industria conservera
(Alimentaria, 2014).
5. Conclusiones
La investigación realizada sobre la optimización del doble
cierre en envases metálicos mediante la implementación de
rulinas diseñadas específicamente para las máquinas
cerradoras RF-4A3 permitió alcanzar mejoras significativas
en la calidad del proceso. La selección del acero martensítico
como material base, gracias a su alta resistencia al desgaste
y capacidad de endurecimiento, fue clave para lograr rulinas
con un desempeño superior. Las pruebas de dureza
confirmaron su idoneidad, mientras que el diseño y
fabricación en torno CNC garantizó una precisión
dimensional de ±0.02 mm y una rugosidad superficial
óptima de 0.4 μm.
Las rulinas fabricadas demostraron una vida útil que supera
en un 20% al estándar, soportando más de 50,000 ciclos de
cierre antes de mostrar signos de desgaste. Este avance se
traduce en una mayor durabilidad y confiabilidad en
condiciones operativas intensivas. Las pruebas realizadas en
envases de tapa plana y abre fácil evidenciaron un
incremento en el porcentaje libre de arruga del 46% al 60%
y del 43% al 90%, respectivamente, lo que se reflejó en
cierres más eficientes y herméticos.
Estos resultados no solo validan la implementación de
rulinas optimizadas en términos de desempeño técnico, sino
que también posicionan este enfoque como una solución
viable para la industria del envasado. Además, el uso de
herramientas avanzadas como el software Mastercam y el
mecanizado CNC demostró ser crucial para garantizar la
reproducibilidad y consistencia de los resultados.
Este estudio destaca la importancia de combinar
investigación técnica con aplicaciones prácticas en entornos
académicos e industriales, estableciendo una base para
futuras mejoras en la tecnología de cierre de envases
metálicos y contribuyendo al desarrollo de estándares más
altos en la industria alimentaria y conservera.
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Contribución de los autores (CRediT)
Holguín-Cedeño, E.: Conceptualización, Curación de datos
y contenidos, Análisis formal de datos, Investigación,
Redacción- borrador original. Cedeño-Toro, M.:
Conceptualización, Curación de datos y contenidos, Análisis
formal de datos, Investigación, Redacción- borrador
original. García-Loor, G.: Conceptualización, Metodología,
Administración de proyecto, Supervisión, Validación,
Redacción-revisión y edición. Abambari-Vera, J.:
Conceptualización, Metodología, Administración de
proyecto, Adquisición de fondos, Supervisión, Validación,
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