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Uso de los sistemas solares fotovoltaicos en la selva
Premio Iberoamericano
Martina Krátká Diciembre 2007
Nombre: Martina Krátká
Edad: 26
Semestres: 9
Email: [email protected]
Dirección: K Háječku 562, 330 26 Tlučná
Teléfono: +420 607 255 202
Universidad: Universidad de Bohemia Occidental en Pilsen, Facultad de ingeniería eléctrica –
especialización Ecológica técnica
Tutor: Mgr. Margarita Gianino Sánchez
Contenido
Introducción
Energía solar
Energía del sistema fotovoltaico
Instalación de un sistema fotovoltaico en la selva
Aspectos económicos
Las posibilidades del aprovechamiento de la energía solar en la selva
Ecoturismo y la energía solar
Proyectos ya realizados
Conclusión
Bibliografía
Adjuntos
I. Intensidad de la radiación solar en Latinoamérica
II. Proyectos ya realizados
Introducción
El sol es desde hace millones de años el más importante proveedor de energía en la
Tierra. Sin él no sería posible la vida en nuestro planeta. Las materias primas de energía
fósiles como petróleo, gas y carbón, que se extraen en gran proporción son también un
depósito de energía solar desde antaño. A causa del desarollo técnico y de la „sed de energía“
los depósitos de energía se van acabando. De ahí resulta la necesidad de buscar un reemplazo
de los combustibles fósiles por una alternativa.
Esta búsqueda debería ser más intensa a causa de los cambios climáticos. Por la quema
de los combustibles fósiles, penetran en la atmósfera gases como CO2, NOx, CxHy y otros, que
causan el efecto invernadero, la disminución del ozono que origina el agujero en la capa de
ozono en los polos y otros fenómenos. Los cambios del clima podemos sentirlos en los
últimos años en todo el mundo por el creciente número de catástrofes naturales y de
situaciones excepcionales, como veranos increíblemente calientes, inviernos templados,
huracanes, inundaciones (como, por ejemplo, las de este año en los estados de Tabasco y de
Chiapas en México o en Colombia), y otras. Es obvio que hay que intervenir ante ello.
Una solución posible es el aprovechamiento de fuentes de energía renovables, como la
energía eólica, la hidroeléctrica, la biomasa, la de las olas y corrientes marinas, y por supuesto
la energía solar. La energía solar se presenta como más fiable y con mayores posibilidades de
aprovechamiento. Y hay que tener en cuenta que para cuidar nuestra atmósfera no solo es
necesario usar las energías renovables, „verdes“, en regiones con alta población, donde hay
mayor consumo de energía, sino también en regiones con poca población, alejadas de la
civilización, como las comunidades en la selva latinoamericana.
Energía solar
La potencia de la radiación solar varía durante el día y también durante todo el año (en
la selva no depende tanto de las estaciones del año sino de las temporadas de lluvia y de las
temporadas secas), depende también de las condiciones atmosféricas y de la latidud. Las
regiones selváticas en Latinoamérica se aprovechan de la radiación solar aproximadamente
doce horas al día durante todo el año. Su intensidad en Latinoamérica tiene un promedio
de 4 – 6 kWh / m2 diarios (véase el mapa de la radiación solar adjunto). Significa que la
potencia de la radiación solar en la selva es muy alta (comparada con Europa, donde el
aprovechamiento de la energía solar es muy común: la intensidad de la radiación solar es de
2 - 3 kWh / m2 diarios). La radiación solar se puede utilizar directamente para la producción
de calor, frío y electricidad.
La conversión de la radiación solar en calor (conversión fototérmica) puede suceder de
forma pasiva (por medio de materiales sensibles al calor en los edificios, por ejemplo tejados
o partes de tejados de vidrio) o de forma activa (por medio de la instalación de dispositivos
técnicos – colectores solares). El uso del calor producido de esta manera en la selva tiene
sentido especialmente en las mayores alturas (en los Andes). El aprovechamiento sirve para
calentar edificios y casas privadas, y también para calentar agua, especialmente en las zonas
turísticas (Cuzco).
El mayor aprovechamiento de la energía solar en la selva sirve para producir
electricidad. Gracias al efecto fotoeléctrico en los semiconductores se logra la conversión de
la radiación solar para la electricidad. En la selva hay muchas comunidades indígenas,
ciudades y centros turísticos que no están conectados a la red eléctrica por las grandes
distancias y por la densa vegetación, y en las que la electricidad se necesita para alimentar
los aparatos electrodomésticos, el teléfono, el alumbrado, las computadoras, etc. En estos
lugares se produce la eletricidad por los agregados de diesel eléctricos. Pero no es necesario
contaminar el aire en los „pulmones del mundo“ con gases invernaderos si la intensidad de la
radiación solar en la selva es tan alta.
Energía del sistema fotovoltaico
Un sistema fotovoltaico es un dispositivo que a partir de la radiación solar produce
energía en condiciones de ser aprovechada por el hombre. Podemos distinguir dos tipos de
aplicaciones de energía solar fotovoltaica: los sistemas conectados a la red (lo que no es
posible en la selva) y los sistemas aislados (las posibilidades de aplicación son enormes,
especialmente en viviendas aisladas como las de la selva).
Para generar electricidad solar fotovoltaica se necesita un generador solar, compuesto
por un conjunto de paneles fotovoltaicos, por lo general de color negro o azul oscuro, que
captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman (aprovechando las
propiedades de los materiales semiconductores) en electricidad que está en corriente continua
y baja tensión (12 ó 24 V), y sus características instantáneas (intensidad y tensión) varían con
la irradiación (intensidad energética) de la energía solar que ilumina las células y con la
temperatura ambiente.
Para transformar la electricidad producida por un generador fotovoltaico en
electricidad con las mismas características que las de la red convencional (corriente alterna
a 110 voltios y frecuencia de 60 Hz) se necesita un inversor (en los sistemas aislados, que no
se enchufan a la red, no es necesario; los aparatos podemos alimentarlos con la tensión que
produce el generador fotovoltaico – véase el esquema). El inversor ya puede ser incorporado
a los módulos fotovoltaicos, formando un único sistema compacto que se puede conectar
directamente a las cargas.
En un sistema aislado, como ocurre en la selva, es muy necesario tener en todo el
sistema un acumulador que almacene la energía producida por el generador y que permita
disponer de corriente eléctrica fuera de las horas de luz o de días nublados (en los días
nublados también se genera electricidad, pero el rendimiento energético es menor cuanto
menor es la intensidad de la radiación). Los acumuladores comunes de plomo, como los de los
coches (para arrancar), no son convenientes, porque estan diseñados para descargarlos
completamente y luego cargarlos. Su uso como acumuladores solares los daña y disminuye su
vida, en algunos casos hasta únicamente 200 ciclos de carga. Los acumuladores solares
soportan hasta 2 000 ciclos de carga. Por esta razón no se usan los acumuladores comunes de
plomo, aunque son más baratos. Una vez almacenada la energía eléctrica en el acumulador
hay dos opciones: sacar una línea directamente del acumulador para la instalación y utilizar
lámparas y elementos de consumo de 12 ó 24 Vcc o bien transformar la corriente continua en
alterna de 110 V a través de un inversor.
Otro componente de un sistema fotovoltaico es un regulador de carga, cuya misión es
regular la corriente de carga y descarga, evitar sobrecargas o descargas excesivas del
acumulador, que le produciría daños irreversibles, y asegurar que el sistema trabaje siempre
en el punto de máxima eficiencia.
Esquema de una instalación solar fotovoltaica con inversor (se puede conectar a la red):
Una instalación solar fotovoltaica sin inversor, utilización a 12Vcc (un sistema aislado):
de:
http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/16_funciona_paneles.html
Instalación de un sistema fotovoltaico en la selva
Un módulo solar fotovolatico puede instalarse casi en cualquier lugar, donde haya
espacio suficiente – tanto en los tejados de las casas, como en las terrazas, o en los balcones,
etc. En el caso en que no haya ningún lugar conveniente es posible construir también un
soporte especial (véase la foto).
Dos paneles fotovoltaicos en una construcción
especial en Santa Lucía, Honduras
de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en
México y Latinoamérica, sept. 2006
En el lugar de instalación de los paneles fotovoltaicos hay solamente un aspecto muy
importante y fundamental a tener en cuenta: hay que asegurar que no existen obstáculos que
les puedan dar sombra a los paneles durante todo el día, y especialmente durante las horas
centrales del día, cuando la radiación solar es mayor y con esto también el efecto del sistema.
La sombra puede reducir el efecto de todo el sistema notablemente. Esto en la selva significa
que es necesario buscar un sitio libre, donde no haya una vegetación muy densa. La superficie
que ocupa este tipo de instación depende de la potencia que se quiera instalar y también del
tipo de paneles que se utilicen. Pero en general hay que contar con que cada kWp (kilovatio
pico = la máxima potencia generada durante 1 hora en condiciones óptimas; la energía
producida en estas condiciones es 1kWh) ocupa una superficie de entre 7 y 11 m2. En lo que
se refiere al peso de los paneles, depende también del tipo del panel, pero en general hay que
considerar unos 15 kg.m-2. Pero, por ejemplo, el viento puede suponer en algunos casos una
carga adicional.
Hay que tener en cuenta otras condiciones para poder localizar bien los paneles
fotovoltaicos, como son la orientación y la inclinación. La orientación depende del hemisferio
en que se encuentra el sistema fotovoltaico. Esto quiere decir que si está en el hemisferio
norte, la orientación del panel es hacia el sur, y al contrario. El ángulo óptimo de la
inclinación del panel se define por la latitud del lugar donde se va a instalar – empleando una
inclinación comprendida entre 5° y 10° menos que la latitud (por ejemplo, serían unos 35° en
el centro de la Península Ibérica). La selva se encuentra en las latitudes de 20° norte – 20°
sur. De ello resulta que ya cerca del ecuador los paneles deberían estar en una posición
horizontal, lo que no sería ideal, porque podría suceder que los paneles se ensuciaran
fácilmente. Entonces, en cualquier caso, es recomendable una inclinación de mínimo 15°. Con
esto se permite que el agua de la lluvia se escurra. Eso también ayuda a la autolimpieza de las
hojas de los árboles, etc.
Aspectos económicos
Para producir un panel fotovoltaico se necesita un semiconducor, hoy el más usado es
de silicio, que es muy costoso. Esto significa, que un sistema solar fotovoltaico es una
inversión pretenciosa. Los costos para un sistema aislado son de entre 1200 a 1800 euros.m-2,
que significa 10 – 15 euros.Wp-1.* El precio de un sistema fotovoltaico dependería de la
potencia de los paneles que se instalaran y de los otros componentes, como el acumulador
(por ejemplo, el acumulador de la firma Banner de 100 Ah sale por 150 euros*), el regulador
(este precio ya es despreciable), los cables, etc.
Instalar un sistema solar fotovoltaico requiere una inversión primaria muy alta, pero
hay que evaluar el retorno económico y también hay que pensar en las ventajas del sistema.
Un módulo policristálico produce en 3,3 años la misma cantidad de energía que se
invierte en su fabricación. En el caso de un módulo amorfo la situación es todavía más
rentable – su retorno energético es de 1,8 años.* El retorno económico tarda más. Pero no hay
que preocuparse por que ese sistema no llegue al momento de retorno económico, porque la
duración de los paneles es mucho más larga, aunque no se sabe con certeza de cuántos años
será. Las instalaciones más antiguas, de los años 60 y 70, aún están operativas. Pero, por lo
general, la vida de los módulos fotovoltaicos es de unos 25 – 30 años (en el mercado hay
módulos con garantías de 10 – 20 años). Por experiencia se sabe que los paneles solares
fotovoltaicos hasta ahora no han dejado de generar electricidad, aunque con la edad el
rendimiento energético se reduce un poco.
* de: J. Beranovský, J. Truxa: Alternativní energie pro váš dům
El uso del sistema fotovoltaico en la selva tiene una gran ventaja, comparada con los
países europeos, la radiación solar no cambia mucho durante todo el año, genera más o menos
la misma cantidad de electricidad, por consiguiente no se necesita otra fuente de electricidad
(como podría ser un agregado de diesel eléctrico). A causa de la alta radiación solar sube el
rendimiento de todo el sistema y se reduce el tiempo de retorno económico. Además, el
mantenimiento de los paneles solares es muy simple – solamente hay que limpiarlos en las
temporadas secas (hay que hacerlo por la noche para no aminorar la producción energética;
durante la temporada de lluvia, la limpieza es natural y se aprovecha la lluvia).
También hay que decir que los sistemas fotovoltaicos generan electricidad a partir de
la intensidad de la radiación solar, no del calor. Esto seguramente eleva sus posibilidades de
aprovechamiento – se pueden usar no solo en la selva tropical (la selva amazónica,
Lacandona, etc.), sino también en mayores alturas, como en los Andes (Lago Titicaca, Cuzco,
etc.)
Por supuesto, hay que tener en cuenta que la inversión en el sistema fotovoltaico no es
continua, se hace una sola vez. Si en las comunidades se usan agregados de diesel eléctricos,
hay que pensar siempre en tener suficiente gasolina y en no despilfarrarla, porque si se acaba,
hay que comprar más. Y eso puede ser a veces muy complicado, especialmente en las
comunidades en el corazón de la selva, donde ni hay carreteras. Pero también hay que tener en
cuenta que la gasolina es un combustible fósil, no renovable, y que hoy en día se van
acabando las fuentes del petróleo. Aunque en muchos países de Latinoamérica hay grandes
yacimientos de petróleo, estos yacimientos tienen una vida limitada. Cuanto más se va
acabando el petróleo, más sube su precio, y con esto sube el precio de la gasolina para los
agregados de diesel eléctricos. Entonces, hay que pensar en sustituirlo por los paneles solares
fotovoltaicos.
„Un ejemplo reciente es la electrificación de la comunidad insular de Amantaní en el
Lago Titicaca, donde se invirtió con la mejor intención hace cuatro años (cuando aún no se
tenía una experiencia precisa en Perú sobre las ventajas de las energías renovables) un millón
de dólares en una red local y un grupo Diesel de 250 kW para suministrar electricidad a 600
familias: desde su puesta en marcha en septiembre de 1997 el sistema no funcionó durante
muchos meses (por falta de combustible o por desperfectos) y, en el mejor de los casos,
operaba 3 horas diarias, de 18:00 a 21:00 horas. Los usuarios no están dispuestos a pagar ni
los costos del combustible requerido para la operación de este suministro deficiente y
limitado de electricidad y es previsible que en cualquier momento el sistema se paralice por
completo.” (de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm)
Como ya hemos mencionado, la inversión de un sistema fotovoltaico es muy grande,
especialmente para las comunidades de la selva, que son pobres. Esta gente necesita una
ayuda financiera del gobierno y felizmente ya existen muchos proyectos que apoyan la
extensión de esta fuente de energía ecológica en la selva. La Unión Europea tampoco es
menos y ofrece su ayuda a las regiones con gran pobreza.
Las posibilidades del aprovechamiento de la energía solar en la selva
El aprovechamiento de la energía solar en la selva es enorme, desde las casas
familiares, las escuelas, hasta el transporte y el turismo.
Durante el día, cuando se produce electricidad, se alimentan muchos aparatos
domésticos, teléfonos, televisión y radio, aparatos y computadoras en las escuelas (ayuda a la
educación a distancia) y otros. El sistema fotovoltaico también se usa para el bombeo de agua
y para su purificación. Durante el día también se cargan las baterías, que dan electricidad,
por la noche especialmente para la luz. El tiempo que será posible alumbrar depende de la
capacidad de las baterías y de la intensidad solar durante el día.
Otra posibilidad de aprovechar la electricidad del sistema fotovoltaico es la
producción del frío en los refrigeradores. Un refrigerador que funciona gracias a los paneles
solares no necesita conectarse a la red eléctrica ni necesita baterías. La energía solar es
capturada por los paneles solares y transformada en corriente eléctrica continua, que enciende
el compresor y con esto se realiza el ciclo de refrigeración. Como resultado se produce hielo.
El aire frío luego circula por el refrigerador ayudado por un ventilador. La temperatura
deseada se mantiene gracias a un termostato. Los refrigeradores se pueden usar para refrigerar
vacunas o alimentos.
Situación en Chihuahua en México (zona rural pero no selvática):
de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, Sept. 2006
Uno de los campos de aprovechamiento de los sistemas fotovoltaicos representa el
transporte: el transporte de automóviles y de barcos. Este uso no es todavía muy común, pero
hay que pensar en él. Si no hoy, seguramente en el futuro tendrá un gran aprovechamiento.
Ya se construyeron coches que se mueven usando solamente la energía solar.
Lastimosamente este tipo de transporte no se ha consolidado en el mercado, porque su
velocidad es muy baja. Eso sería también un problema en la selva, porque las distancias entre
las comunidades y los pueblos son muy largas, y un viaje de una ciudad al pueblo más
cercano puede durar, no horas, como ahora usando coches de gasolina, sino hasta unos días.
Tal vez el transporte de barcos aproveche mejor la energía solar. En la selva hay
muchos ríos, así que seguramente se podría reemplazar también el transporte de automóviles
de gasolina por barcos, que usarían un panel fotovoltaico. Ademas, a veces la vía fluvial es la
única posibilidad de comunicar poblados de difícil acceso. Los barcos con motores de
combustión no contaminan solamente el aire, sino también el agua de los ríos con restos de
gasolina y aceite. Y eso es nocivo para la vida de los ríos y de sus riberas. Por ejemplo, en el
río Amazonas, donde el transporte de barcos es muy grande, hay mucha contaminación y los
delfines rosados que viven allí la acusan. Los barcos accionados por un electromotor que usa
la energía de paneles solares fotovoltaicos no producen residuos contaminantes al medio ni
emiten ruido. Los construidos hasta ahora permiten una velocidad de 4 – 6 nudos
dependiendo de la corriente del río.
Ya son comunes también los hornos solares, que usan la radiación solar, no la energía
fotovoltaica.
Ecoturismo y la energía solar
De ecoturismo se habla en los últimos años en todos los países de Latinoamérica. Los
países latinos son muy ricos en biodiversidad y ofrecen muchas oportunidades de aventura
a los turistas. Y la impresionante naturaleza no llama la atención solamente de la gente de las
ciudades, sino también de los turistas de todo el mundo, especialmente de los europeos
y norteamericanos. Por eso nos encontramos con el ecoturismo, que lleva a la gente a otros
sitios, lejos de la civilización, para vivir una aventura y para descubrir un mundo nuevo. El
ecoturismo es una manera de viajar sin dejar grandes y dañosas huellas de civilización en la
pureza de la naturaleza.
Pero muchos turistas no quieren renunciar al lujo de la vida en las ciudades al que
están acostumbrados. Y con el lujo crece la exigencia energética. Esto significa que el
ecoturismo no siempre es turismo ecológico, que no contamina el medio ambiente. Para
mejorar el desarollo del ecoturismo y que sea realmente ecológico seguramente puede servir
el aprovechamiento de la energía solar (véase la gráfica – opinión de la gente de la isla
Taquile en el Lago Titicaca).
Opiniones de los Taquileños para mejorar el servicio turistico:
de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm
Para mejorar el lujo de los turistas se puede hacer mucho, especialmente en los
hoteles. Seguramente hay que instalar aparatos de aire acondicionado o calefacción; depende
de que si el hotel está en la selva tropical o en alturas mayores, donde puede hacer frío.
La potabilización y el calentamiento del agua puede llevarse a cabo también usando la energía
solar. Y, por supuesto, hay que tener electricidad en enchufes para poder cargar cámaras
o baterías y para usar otros aparatos eléctricos.
Un mejor desarollo del ecoturismo sería también la extensión del uso de los barcos
acccionados por la energía solar en las zonas turísticas. Por ejemplo, muchos turistas en Perú
hacen en el Lago Titicaca recorridos para conocer las islas flotantes. Otro ejemplo puede ser
el río Usumacinta, que forma una parte de la frontera entre México y Guatemala. En este río
tienen que tomar un barco todos los turistas, y no son pocos, que visitan las piramides de
Yaxchilán, una de las ciudades muy importantes de los Mayas. Pero en toda Latinoamérica
hay un sinnúmero de Lagos y ríos, donde salen muchos barcos solamente por el turismo.
Proyectos ya realizados
En toda Latinoamérica ya se han realizado muchos proyectos de electrificación en
zonas rurales por medio de energías renovables. Grandes experiencias en electrificación
fotovoltaica tiene Peru. 30% de los Peruanos todavía no tienen electricidad en sus hogares
y la electrificación fotovoltaica, que ha aparecido en los últimos años, es una alternativa de
solución en muchos casos. En un proyecto en el Lago Titicaca se instalaron en las islas de
Taquile, Amantaní, Uros y Soto 421 Sistemas Fotovoltaicos Domiciliarios (SFD)*. Una parte
esencial de este proyecto es que los beneficiarios estén pagando (mayormente) los costos de
los SFD y serán los propietarios de sus SFD (véase adjunto).
En México se realizó un proyecto de electrificación de áreas protegidas en los Montes
Azules en la selva Lacandona en Chiapas. Muchos sistemas fotovoltaicos de iluminación
* de: http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm
existen también en Honduras, Brasil y otros países para poner la vida más comoda en el
ambiente rural (véase adjunto).
Ya se realizó también un proyecto de un barco que navega con energía solar. Halcón
solar, la lancha cubana, se energiza con paneles fotovoltaicos. Se usa para comunicar a los
poblados de difícil acceso, pero tiene adamás posibilidades de empleo en el turismo
ecológico. La actual version de la lancha tiene capacidad
para 6 pasajeros y posee 6 paneles fotovoltaicos de 165
Wp conectados con un motor eléctrico de inmersión, que
consume máximo 45 amperes y permite velocidad de 4 -5
nudos. (de: http://www.gstriatum.com/energiasolar/aplicando.html)
Conclusión
La energía solar ofrece grandes posibilidades de electrificación también de los
poblados pobres, que están aislados de la civilización. Pero un gran impedimento para ello es
la alta inversión primaria, aunque es la unica inversión porque la vida útil de los paneles
solares es de 20 – 30 años o más. Pero la electricidad fotovoltaica se encuentra todavía en
pañales y eso confirman los numerosos proyectros de investigación de las células solares en
las universidades en todo el mundo. Su meta es subir el rendimiento de los paneles
fotovoltaicos, que hoy hace solamente 20 – 30% dependiento del tipo del panel. Se buscan
entonces otros materiales para las células fotovoltaicas, que hoy se fabrican basicamente de
silicio que sube el precio. Buenas características muestran los semiconductores de materiales
orgánicos, pero todavía falta para poder fabricar estos paneles.
Para la electrificación solar fotovoltaica de los comunidades aislados deberían hacer
más pasos los gobiernos de los países latinos. Primero tienen que pensarse las prioridades
económicas y ecológicas, luego hay que enseñar a la gente, que es un sistema fotovoltaico,
que ventajas tiene y que se necesario hacer para su mantenimiento.
Bibliografía
J. Beranovský, J. Truxa: Alternativní energie por váš dům, ERA 2003
H. Ladener, F. Späte: Solární zařízení, Grada 2003
http://archivo.greenpeace.org/GuiaSolar/S-home.htm
http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/16_funciona_paneles.html
http://www.gstriatum.com/energiasolar/aplicando.html
http://www.instalacionenergiasolar.com/
http://www.instalacionenergiasolar.com/mallorca.html
http://fc.uni.edu.pe/mhorn/electrificacion.htm
Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, sept. 2006
(http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/4289/2/martingomez.
pdf)
Adjuntos
I. Intensidad de la radiación solar en Latinoamérica (kWh / m2 diarios)
II. Proyectos ya realizados
Una de las islas flotantes
de los Uros (Lago
Titicaca), con varios
paneles fotovoltaicos
de: file:///C:/Documents%20and%20Settings/Ma%9Da/Plocha/electrificacion.htm
Casa en Taquile (isla en
Lago Titicaca) con panel
fotovoltaico
de: file:///C:/Documents%20and%20Settings/Ma%9Da/Plocha/electrificacion.htm
Montes Azules, Selva Lacandona, Chiapas
Refrigereción solar en Guatemala
Sistemas fotovoltaicos
de: Martín Gómez: Proyectos de energías renovables en México y Latinoamérica, Sept. 2006
