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CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE UNA INSTALACIÓN
ELÉCTRICA
Durante su funcionamiento, toda instalación eléctrica puede presentar dos estados
operativos: normal y anormal.
El estado es normal cuando el voltaje, corriente, aislación, temperatura, etc. se
encuentran dentro de los márgenes preestablecidos.
El estado es anormal cuando uno o más parámetros se encuentran sobre o bajo los
valores preestablecidos (sobrevoltaje; corto circuitos; sobre temperatura; caída
de voltaje, otros).
Considerando la gravedad de las anormalidades existe la siguiente sub-
clasificación.
Perturbación y
Fallas
- Sobrecargas.
- Corto circuitos.
- Faltas de aislamiento.
Veamos en qué consiste cada una de estas anormalidades.
PERTURBACIÓN
Es una anormalidad que tiene un tiempo breve de duración. Son ejemplos de
perturbación, las variaciones de voltaje, la partida de motores de gran potencia y
las variaciones de frecuencia.
Por no constituir riesgo para la operación de la instalación ésta puede seguir en
servicio.
FALLAS
Son ejemplos de fallas: la pérdida de aislación, sobrecarga permanente, corto
circuito.
Debido a su gravedad constituye un riesgo para la integridad de las personas y/o
de los equipos. Por esta razón, la instalación debe quedar fuera de servicio en el
menor tiempo posible.
Según la naturaleza y gravedad de las fallas se clasifican en sobrecargas, corto
circuitos y fallas de aislación.
0
SOBRECARGA
Es toda magnitud de voltaje o corriente que supera el valor considerado normal
(valor nominal).
Las sobrecargas de corriente más comunes se originan en el exceso de consumos en
la instalación eléctrica.
Debido a esta situación de sobre exigencia, se produce en calentamiento excesivo
de las líneas eléctricas lo que puede terminar incendiando las aislaciones con el
consiguiente riesgo de la propiedad involucrada.
CORTO CIRCUITO
Es la falla de mayor gravedad que puede darse para toda instalación eléctrica. Su
origen está en la unión de dos conductores a distinto nivel de potencial eléctrico
(fase y neutro).
El nivel de corriente se eleva a rangos tan excesivos que genera, en los puntos de
falla, fusión del conductor eléctrico con el consiguiente riego de incendio del
inmueble.
FALLA DE AISLACIÓN
El origen de esta falla está en el envejecimiento de las aislaciones, cortes
mecánicos, mala ejecución de las reparaciones, etc.
Si alguno de los elementos de la instalación eléctrica (conductores, equipos del
sistema) pierde su aislación, las carcazas metálicas de los equipos, (usualmente
desenergizadas), se electrifican, con el siguiente peligro para la vida de las
personas, las que pueden sufrir un shock eléctrico por contacto indirecto.
Elementos de protección en instalaciones eléctricas
En toda instalación eléctrica se debe considerar un sistema de protecciones
destinado a entregar seguridad a las personas y a los equipos.
Una instalación eléctrica no es concebida para que presente fallas de operación,
pero existen condiciones de tipo ambiental, de uso, sobrecargas, etc. que pueden
generarlas.
Las protecciones están destinadas a minimizar los efectos de las fallas, de tal
manera que al presentarse alguna, la instalación dañada pueda ser aislada para su
posterior reparación.
El alterar, sobredimensionar o eliminar una protección eléctrica, constituye una
acción que atenta contra la integridad de las personas y de las instalaciones.
1
Son elementos de protección:
Los fusibles.
Los disyuntores.
El protector diferencial.
El sistema tierra de protección.
Veamos en qué consiste cada uno de ellos y cuáles son sus características.
Los fusibles
Los fusibles son elementos de protección que desconectan con seguridad,
corrientes de corto circuito y sobrecargas permanentes.
Este elemento de protección, cuenta con un “hilo conductor” de bajo punto de
fusión el que sustenta entre dos cuerpos conductores en el interior de un envase
cerámico o de vidrio que da la forma característica al fusible.
El siguiente es un esquema que muestra los componentes de un fusible y su
disposición en el mecanismo.
Para que este medio de protección sea efectivo, debe ser seleccionado teniendo
presente las características del consumo y de la instalación, en el punto donde el
2
fusible se situará. Esto implica que la magnitud de la corriente que lo hará operar,
el tiempo en que dicha operación se producirá y la capacidad de ruptura del fusible,
deben ser las adecuadas para dicho consumo e instalación.
Es importante tener presente que un fusible utilizado en alumbrado, actúa para una
corriente mínima comprendida entre 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal o de placa
de dispositivo, como valor promedio.
Las características de operación de los fusibles, están dadas por las curvas
tiempo-corriente y existe una para cada tipo y capacidad de fusibles.
La representación gráfica de estas curvas es la siguiente:
A.
A. Curva del
fusible
clase gL
3
B.
B. Fusibles
rápidos
C.
C. Fusibles
rápido lento
4
LOS DISYUNTORES
El disyuntor o interruptor magnético-térmico, es un dispositivo de protección
destinado a cumplir las siguientes funciones:
Abrir o cerrar un circuito en condiciones normales.
Abrir un circuito en condiciones de fallas, ya sea por sobrecarga o corto
circuito.
Se caracteriza porque puede realizar un elevado número de maniobras y, a
diferencia del fusible, puede ser utilizado nuevamente después del despeje de una
falla.
Su accionar frente a una falla, depende de dos tipos de elementos:
El elemento térmico.
El elemento magnético
El elemento térmico está formado por un bimetal que al dilatarse por efecto del
calor producido por el exceso de corriente, opera el mecanismo de apertura del
interruptor.
El dibujo siguiente facilita la comprensión de este proceso.
M1: Metal de mayor coeficiente de dilatación lineal.
M2: Metal de menor coeficiente de dilatación lineal.
El dispositivo térmico es de operación lenta y resulta muy apto para proteger
sobrecargas.
5
En cuanto al elemento magnético, corresponde a una bobina que censa en todo
momento el comportamiento de la instalación. Esto, debido a que es recorrida por
la corriente del circuito que protege.
Al presentarse eventualmente una falla que lleve la magnitud de la corriente a
valores muy elevados, la bobina desarrolla un campo magnético de gran intensidad
que atrae el mecanismo de desconexión del interruptor.
Esto puede apreciarse en el esquema siguiente:
El elemento magnético es utilizado para la protección contra corto circuitos,
debido a su característica de operación.
6
Veamos primero cómo está el conjunto térmico-magnético al interior de un
disyuntor y luego la curva de operación de un disyuntor.
7
EL PROTECTOR DIFERENCIAL
Este dispositivo de protección está destinado a desenergizar un circuito cuando en
el se presenta una falla de aislación.
Constituye un núcleo toroidal de material ferromagnético, abrazado por dos
bobinas que se asocian en serie con el circuito protegido, más una bobina
diferencial.
La siguiente ilustración describe más concretamente la estructura y
funcionamiento de un protector diferencial.
8
Esquema de principio
de un interruptor
diferencial
P = pulsador para
prueba
R = resistencia
C = dispositivo de
mando de la apertura
del interruptor
TR = toro
D = devanado
diferencial
Id = corriente
diferencial
∅ d = ∅ 1 - ∅ 2
Veamos cómo opera el protector diferencial.
Cuando la corriente atraviesa la bobina 1, origina un flujo ∅ 1.
Cuando la corriente atraviesa la bobina 2, origina un flujo ∅ 2.
En condiciones normales ∅ 1 = ∅ 2
Luego, el ∅ R = ∅ 1 - ∅ 2 = ∅ D = 0
Cuando la corriente que atraviesa la bobina 1 no es igual a la que recorre la
bobina 2, se origina un flujo diferencial ∅ D 0.
Si este flujo equivale a la sensibilidad del dispositivo, actúa el mecanismo de
desenganche, dejando fuera de servicio el circuito o instalación eléctrica.
El principio de la protección diferencial se basa en que el interruptor desconecta
un circuito defectuoso cuando una intensidad a tierra sobrepasa el valor de la
intensidad diferencial.
9
En este sistema de protección, todas las masas de los aparatos deben ser puestas
a tierra.
La resistencia de puesta a tierra debe cumplir con la siguiente expresión:
R pt ≤ Vs
ID
Analicémosla en la próxima continuación.
Vs = Voltaje de seguridad
(Ambiente seco : 65 V)
(Ambiente húmedo :24 V)
Por ejemplo : ambiente seco
Vs = 65 V
ID = 30 m A valor característico (sensibilidad de los Diferenciales normales)
R pt ≤ 65 = 2166,7 (Ω)
30 * 10-
³
El uso de un protector diferencial, permite que la puesta a tierra tenga un valor
relativamente alto, que fácilmente puede ser logrado con un electrodo (barra que
se entierra) del tipo Copperweld.
10
Al circular a tierra una corriente de fuga IF / ID el protector actúa despejando el
circuito (N).
TIERRA DE PROTECCIÓN
En todas las instalaciones de baja tensión, y especialmente en aquellas de los
edificios destinados a vivienda, es necesario garantizar la seguridad de las
personas que los habitarán, dotando a las instalaciones de los mecanismos de
protección que corresponda.
Cuando se trata de instalaciones a las que se conectarán una extensa serie de
aparatos eléctricos, fijos y móviles, metálicos o no metálicos, susceptibles de
deterioro desde el punto de vista eléctrico, fundamental la defensa contra los
“contactos indirectos”.
Para evitar dichos contactos indirectos, hay una serie de sistemas de protección.
Uno de los más difundidos es el de tierra de protección.
El objetivo de la puesta a tierra, es asegurar que todo artefacto o consumo
eléctrico, al entrar en falla de aislacion sus carcazas o partes metálicas, no
alcancen una tensión respecto a tierra mayor que los niveles de “Tensión de
Seguridad” VS.
Recordemos que Vs: 65 V en ambientes seco.
24 V en ambientes húmedos.
11
Las ilustraciones siguientes explican en forma más concreta los contactos
indirectos.
12
LA RED DE TIERRA DE PROTECCIÓN
Con respecto a este punto, la norma S.E.C. establece lo siguiente:
“Toda pieza conductora que pertenezca a la instalación eléctrica, o forma parte de
un campo eléctrico y que no sea parte integrante del circuito, debe conectarse a
una puesta a tierra de protección para evitar tensiones de contacto peligrosas”.
Al diseñar puesta a tierra de protección se debe evitar la permanencia de
tensiones de contacto en las piezas conductoras no integrantes de los circuitos
(carcazas).
La protección puede lograrse por dos vías:
Puesta a tierra individual por cada equipo protegido, o bien,
Puesta a tierra común y un conductor de protección, al cual se conectan los
equipo protegidos.
Veamos el siguiente ejemplo de una puesta a tierra común.
13
La resistencia de cada puesta a tierra de protección no debe exceder al siguiente
valor.
R pt ≤
Vs
2,5 IN
Vs = Tensión de seguridad (65 V; 24 V)
IN = Corriente nominal de la protección
Ejemplo: si Vs = 65 (V)
IN = 10 (A)
65
R pt ≤ _______ = 2,6 (Ω)
2,5 * 10
PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD SOBRE EL CUERPO HUMANO
Los efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano, dependen de lo siguiente:
Intensidad de la corriente que lo atraviesa.
Duración del contacto.
Resistencia eléctrica del propio cuerpo.
Con respecto al último aspecto, la resistencia eléctrica del cuerpo varía según las
condiciones físicas y psíquicas del sujeto y del estado de su piel (seca – mojada).
Se estima a la resistencia mínima del cuerpo humano en 3.000 Ω para baja tensión
y de 1.000 Ω para alta tensión, siendo estos valores un dato extremadamente
variable.
14
El cuadro siguiente describe los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo
humano.
Corriente que
atraviesa el cuerpo
humano (mA)
Efectos
Hasta 1
Imperceptible para el hombre.
2 a 3
Sensación de hormigueo.
3 a 10
El sujeto consigue, generalmente, desprenderse del
contacto (liberación). De todas formas, la corriente no
es mortal.
10 a 50
La corriente no es mortal si se aplica durante intervalos
decrecientes a medida que aumenta su intensidad. De lo
contrario los músculos de la respiración se ven afectados
por calambres que pueden provocar la muerte por asfixia.
50 a 500
Corriente decididamente peligrosa en función creciente
con la duración del contacto que da lugar a la fibrilación
cardiaca (funcionamiento irregular con contracciones muy
frecuentes e ineficaces). Posible defunción del
infortunado.
Más de 500
Decrece la posibilidad de fibrilación pero aumenta el
riesgo de muerte por parálisis de los centros nerviosos o a
causa de fenómenos secundarios.
15
En relación con este mismo tema, es útil analizar la curva de peligrosidad que
representa la corriente eléctrica para el cuerpo humano.
CURVA DE PELIGROSIDAD
TIEMPO (S)
CORRIENTE (Ma)
1. Zona estadísticamente no peligrosa para la integridad física de las personas.
2. Zona peligrosa: siguiendo la variación de la curva desde arriba hacia abajo se pasa del peligro de
tetanización al de asfixia y luego a la fibrilación cardiaca.
Clasificación de los conductores eléctricos utilizados en instalaciones eléctricas
Los conductores eléctricos se componen generalmente de tres partes muy
diferenciadas.
El alma o elemento metálico conductor.
El aislamiento.
Las cubiertas protectoras.
16
En el esquema siguiente se pueden observar estas partes:
De la forma como estén constituidas estas partes depende la clasificación de los
conductores eléctricos.
Así tenemos:
Por su constitución - Alambres
- Cables
Por el número de conductores - Monoconductores (un solo elemento)
- Multiconductores (varios elementos)
Por su aislamiento - Desnudos
- Aislados
Las ilustraciones siguientes permiten apreciar aspectos de esta clasificación:
Alambre aislado (monoconductor)
17
Cable aislado (monoconductor)
Cable multiconductor aislado
Los cables de gran flexibilidad (gran número de hebras) se denominan cordones.
Intensidad de corriente admisible para
Conductores aislados (secciones AWG)
Temperatura de servicio : 60° y 75° C
Temperatura ambiente : 30° C.
Grupo A
Temperatura de servicio
Grupo B
Temperatura de servicio
Sección
Nominal
60 ° C. 75° C. 50° C. 75° C.
0,32
0,51
0,82
1,31
2,08
3
5
7,5
10
15
3
5
7,5
10
15 20 20
3,31
5,26
8,36
13,30
21,15
20
30
40
55
70
20
30
40
65
85
25
40
55
80
105
25
40
65
95
125
26,67
33,62
42,41
53,49
80
95
110
125
100
115
130
150
120
140
165
195
145
170
195
230
18
67,42 145 175 225 265
85,01
107,2
127
152
177,3
165
195
215
240
260
200
230
255
285
310
260
300
340
375
420
310
360
405
445
505
202,7
253,4
304
354,7
380
280
320
355
385
400
355
380
420
460
475
455
515
575
630
655
545
620
690
755
785
405,4
456
506,7
633,4
760,1
886,7
1.013
410
435
455
495
520
545
560
490
520
545
590
625
650
665
680
730
780
890
980
1.070
1.155
815
870
935
1.065
1.175
1.280
1.385
GRUPO A : Hasta 3 conductores en tubo o en cable o directamente enterrados.
GRUPO B : Conductor simple al aire libre.
Intensidad de corriente admisible para
Conductores aislados (secciones milimétricas)
Temperatura de servicio : 70° C
Temperatura ambiente : 30° C.
Sección
Nominal MM2
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
0,75
1
1,5
2,5
11
15
20
12
15
19
25
15
19
23
32
4
6
10
16
25
33
45
61
34
44
61
82
42
54
73
98
19
25
35
50
70
83
103
132
164
108
134
167
207
129
158
197
244
95
120
150
197
235
----
249
291
327
291
343
382
185
240
300
400
500
----
----
----
----
----
374
442
510
----
----
436
516
595
708
809
GRUPO 1 Conductores monopolares tendidos en tubos. (por ejemplo NYA)
GRUPO 2 Conductores multipolares como los que tienen cubierta común y van en
tubos metálicos,
conductores con cubierta de plomo; cables planos, cables móviles o
portátiles, etc.
GRUPO 3 Conductores monopolares tendidos libremente en el aire, contándose
como mínimo con un
Espacio entre conductores igual al diámetro del conductor, así como en
el caso de distribución
alumbrados mediante conductores monopolares en instalaciones de
maniobra de distribución
y de distribución de barras con salidas variables.
Como conclusión, en el dimensionamiento de los conductores, se deberá elegir la
sección que resulte ser mayor al aplicarle los dos criterios de cálculo.
20
CIRCUITOS BÁSICOS DE ALUMBRADO
El circuito de alumbrado tiene por objetivo iluminar artificialmente un recinto en el
que se realizan actividades humanas.
Según su grado de complejidad y uso, los circuitos eléctricos de alumbrado se
clasifican de la siguiente forma:
Circuito de efecto simple o 9/12.
Circuito de doble efecto o 9/15.
Circuito de triple efecto o 9/32.
Circuito de combinación escalera o 9/24.
Circuito de enchufe.
Circuito fluorescente.
Circuito de alarma.
Con el fin de lograr el nivel de iluminación requerida, se ha desarrollado una
tecnología que considera la intervención de determinados elementos.
De los elementos de iluminación existentes, los de mayor uso en instalaciones de
alumbrado son las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes.
Veamos las características de cada una de ellas.
Lámpara incandescente
Este tipo de lámpara se compone de las siguientes partes:
Filamento:
Es la parte más importante de la lámpara. Se fabrica de un metal (tungsteno o
wolframio) que tiene un punto de fusión muy alto (3.400°C) y en forma de hélices.
Ampolla
Es de vidrio e impide que el filamento entre en contacto con el oxígeno del aire
para evitar que se queme. Se vacía el aire del interior y se llena de un gas inerte
(mezcla de argón y nitrógeno).
Hilos conductores
Llevan la corriente desde el casquillo al filamento. Están hechos de hierro, níquel y
cobre.
Soporte de vidrio
Sirve de apoyo a los conductores y los aísla eléctricamente.
21
Casquillo
Es el soporte de la lámpara. A través de el penetra la corriente eléctrica. Está
formado por la rosca y el contacto central. Entre ambos hay un anillo de vidrio.
Los hay de varios tipos, siendo los más comunes de rosca y, entre éstos, el E-27.
Soporte del filamento
Son unos alambres de molibdeno que impiden la deformación del filamento.
Las figuras siguientes muestran las partes de una lámpara incandescentes y los
tipos de casquillos que comúnmente se utilizan.
Diversos tipos de casquillos
22
El funcionamiento de la lámpara incandescente sigue el proceso que se indica:
Al paso de la corriente eléctrica, el filamento se calienta, alcanza una temperatura
de 2.200°C, lo cual hace que se ponga incandescente (color rojo blanco), emitiendo
luz. Debido a esta temperatura, el filamento sufre una pérdida de material por
evaporación del mismo. Esto se evita en gran medida enrollando el filamento en
forma de hélice (simple, doble, etc.).
Lámpara o tubo fluorescente
Una lámpara o tubo fluorescente es una fuente de descarga eléctrica en una
atmósfera de vapor de mercurio de baja presión. La luz se genera en ellos por
fluorescencia.
El tubo fluorescente consta de las partes siguientes:
Tubo de cristal de distintas longitudes y diámetro normalizado, recubierto en
su superficie interior de una sustancia fluorescente en forma de polvo. Según
la composición de esta sustancia, el color de la luz emitida será distinto. En el
espacio interior del mismo, se ha introducido una mezcla que consta de baja
presión y una gota de mercurio.
Casquillos, situados a ambos extremos del tubo y que soportan los filamentos
(electrodos) o contactos.
Filamentos o electrodos en espiral doble o triple de wolframio recubiertos de
óxidos. Estos son sustancias que emiten o liberan electrones a altas
temperaturas.
Las ilustraciones siguientes muestran las partes y principio de funcionamiento de
un tubo o lámpara fluorescente y los símbolos con que se representa.
23
EL BALASTO
El balasto es un aparato que consta de las partes siguientes:
Un cuerpo compuesto por un arrollamiento o bobina sobre un núcleo de chapas
magnéticas.
Una carcaza con los terminales de salida.
Una sustancia de poliéster entre carcaza y núcleo como aislamiento y reductor
de zumbido.
La figura siguiente representa un balasto. Se pueden apreciar sus partes, la
lectura que incluye en su frente y el símbolo con que se le representa.
24
EL CEBADOR
El cebador de destellos, conocido también como partidor, está constituido por dos
electrodos o lámparas separadas que se doblan y unen por la acción del calor.
Están situadas dentro de una ampolla de vidrio con gas neón a baja presión. Fuera
de la ampolla se encuentra un condensador de pequeña capacidad que tiene por
misión absorber la energía de ruptura en la apertura de las láminas. Todo ello, a su
vez, está contenido en un cilindro de aluminio o plástico en cuya parte inferior se
sitúan los contactos o patillas. Al aplicarle tensión, une las laminillas cerrando el
circuito durante un instante y dando paso a la corriente a través de los filamentos
del tubo. Su apertura origina que la reactancia produzca una sobre tensión que da
a lugar a su vez, a la ionización o descarga en la lámpara.
La ilustración siguiente muestra el cebador o partidor y sus partes.
1. Ampolla de vidrio llena de gas neón.
2. Laminillas bi metálicas.
3. Soporte.
4. Condensador anti parasitario.
En relación con los circuitos básicos de alumbrado, mencionados al inicio de esta
unidad, se describen sus características fundamentales y aplicaciones y se
presentan en forma gráfica los esquemas prácticos o de desarrollo y los unilineales.
25
Circuito de efecto simple
El circuito 9/12, corresponde en alumbrado al esquema lámpara o grupo de
lámparas que son comandadas desde un solo interruptor de efecto simple.
Se aplica en todo tipo de instalaciones eléctricas de alumbrado tales como
bodegas, dormitorios, cocinas, etc.
ESQUEMA:
26
Circuito de doble efecto (9/15)
Este circuito corresponde al esquema de dos lámparas o dos grupos de lámparas
que son comandadas independientemente desde un solo punto o placa interruptor.
Es utilizado comúnmente en baño-pasillo; patio-cocina; closet-dormitorio, y otros
porque tiene la ventaja de controlar dos centros de alumbrado desde un solo punto.
ESQUEMA:
27
Circuito de triple efecto (9/32)
El circuito 9/32 representa al esquema de alumbrado, en el cual se comandan
independientemente a tres centros luminosos de lámparas individuales o grupos de
lámparas, desde un sólo punto de control.
Se aplica para el control sectorizado de iluminación en recintos de alta densidad de
lámparas tales como: oficinas bancarias, locales comerciales y naves industriales.
ESQUEMA:
28
BASES
Las hay simples y compuestas. Están destinadas a fijar mecánicamente el tubo el
partidor y des energizarlo eléctricamente.
ESQUEMAS:
Equipo simple Equipo doble con Ballast compensado
29
Los esquemas siguientes muestran la conexión de lámparas fluorescentes.
Individual.
En serie de dos lámparas.
En paralelo de dos lámparas.
Conexión individual Conexión en serie de dos Conexión en paralelo
de una lámpara fluorescente lámparas fluorescentes (en dúo) de dos lámparas
fluorescentes
Circuitos de combinación escalera (9/24)
La característica de este circuito de alumbrado, está en la posibilidad de controlar
desde dos puntos diferentes, los estados ONN – OFF de un centro luminoso
(lámpara o grupo de lámparas).
El uso de este tipo de circuito es indispensable en escaleras (dos o más pisos);
pasillos largos; habitaciones con doble acceso, etc.
ESQUEMA:
30
Circuito de enchufes
Este circuito tiene la característica de extender las líneas de alimentación (fase y
neutro más tierra de protección) hasta todos los puntos donde se requiera
alimentación eléctrica.
Es importante tener presente que a lo menos debe existir un enchufe por cada 9 m.
de perímetro o fracción en cada habitación.
ESQUEMA
Circuito fluorescente
La lámpara fluorescente, a diferencia de la incandescente, requiere de una serie de
elementos adicionales para poder operar con eficiencia y ser conectada a la red de
alumbrado.
Según sea el tipo de equipo, el circuito de la lámpara fluorescente presenta algunas
variaciones. Esto da origen a la siguiente clasificación:
Equipo simple.
Equipos dobles.
- Con ballast simple.
- Con ballast compensados.
31
COMPONENTES DE UN CIRCUITO FLUORESCENTE
Ballast
Bobina de alta
inductancia cuyo
objetivo es el de
“cebar” el encendido de
la lámpara y luego
actuar como limitador
de la corriente que la
atraviesa.
Se asocia en serie con el
tubo.
Partidor
Corresponde a un
dispositivo “
interruptor” de neón
que se asocia en serie
con los filamentos del
tubo, dando la señal que
permite que éstos se
calienten y encienda el
tubo.
32
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  • 1. CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA Durante su funcionamiento, toda instalación eléctrica puede presentar dos estados operativos: normal y anormal. El estado es normal cuando el voltaje, corriente, aislación, temperatura, etc. se encuentran dentro de los márgenes preestablecidos. El estado es anormal cuando uno o más parámetros se encuentran sobre o bajo los valores preestablecidos (sobrevoltaje; corto circuitos; sobre temperatura; caída de voltaje, otros). Considerando la gravedad de las anormalidades existe la siguiente sub- clasificación. Perturbación y Fallas - Sobrecargas. - Corto circuitos. - Faltas de aislamiento. Veamos en qué consiste cada una de estas anormalidades. PERTURBACIÓN Es una anormalidad que tiene un tiempo breve de duración. Son ejemplos de perturbación, las variaciones de voltaje, la partida de motores de gran potencia y las variaciones de frecuencia. Por no constituir riesgo para la operación de la instalación ésta puede seguir en servicio. FALLAS Son ejemplos de fallas: la pérdida de aislación, sobrecarga permanente, corto circuito. Debido a su gravedad constituye un riesgo para la integridad de las personas y/o de los equipos. Por esta razón, la instalación debe quedar fuera de servicio en el menor tiempo posible. Según la naturaleza y gravedad de las fallas se clasifican en sobrecargas, corto circuitos y fallas de aislación. 0
  • 2. SOBRECARGA Es toda magnitud de voltaje o corriente que supera el valor considerado normal (valor nominal). Las sobrecargas de corriente más comunes se originan en el exceso de consumos en la instalación eléctrica. Debido a esta situación de sobre exigencia, se produce en calentamiento excesivo de las líneas eléctricas lo que puede terminar incendiando las aislaciones con el consiguiente riesgo de la propiedad involucrada. CORTO CIRCUITO Es la falla de mayor gravedad que puede darse para toda instalación eléctrica. Su origen está en la unión de dos conductores a distinto nivel de potencial eléctrico (fase y neutro). El nivel de corriente se eleva a rangos tan excesivos que genera, en los puntos de falla, fusión del conductor eléctrico con el consiguiente riego de incendio del inmueble. FALLA DE AISLACIÓN El origen de esta falla está en el envejecimiento de las aislaciones, cortes mecánicos, mala ejecución de las reparaciones, etc. Si alguno de los elementos de la instalación eléctrica (conductores, equipos del sistema) pierde su aislación, las carcazas metálicas de los equipos, (usualmente desenergizadas), se electrifican, con el siguiente peligro para la vida de las personas, las que pueden sufrir un shock eléctrico por contacto indirecto. Elementos de protección en instalaciones eléctricas En toda instalación eléctrica se debe considerar un sistema de protecciones destinado a entregar seguridad a las personas y a los equipos. Una instalación eléctrica no es concebida para que presente fallas de operación, pero existen condiciones de tipo ambiental, de uso, sobrecargas, etc. que pueden generarlas. Las protecciones están destinadas a minimizar los efectos de las fallas, de tal manera que al presentarse alguna, la instalación dañada pueda ser aislada para su posterior reparación. El alterar, sobredimensionar o eliminar una protección eléctrica, constituye una acción que atenta contra la integridad de las personas y de las instalaciones. 1
  • 3. Son elementos de protección: Los fusibles. Los disyuntores. El protector diferencial. El sistema tierra de protección. Veamos en qué consiste cada uno de ellos y cuáles son sus características. Los fusibles Los fusibles son elementos de protección que desconectan con seguridad, corrientes de corto circuito y sobrecargas permanentes. Este elemento de protección, cuenta con un “hilo conductor” de bajo punto de fusión el que sustenta entre dos cuerpos conductores en el interior de un envase cerámico o de vidrio que da la forma característica al fusible. El siguiente es un esquema que muestra los componentes de un fusible y su disposición en el mecanismo. Para que este medio de protección sea efectivo, debe ser seleccionado teniendo presente las características del consumo y de la instalación, en el punto donde el 2
  • 4. fusible se situará. Esto implica que la magnitud de la corriente que lo hará operar, el tiempo en que dicha operación se producirá y la capacidad de ruptura del fusible, deben ser las adecuadas para dicho consumo e instalación. Es importante tener presente que un fusible utilizado en alumbrado, actúa para una corriente mínima comprendida entre 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal o de placa de dispositivo, como valor promedio. Las características de operación de los fusibles, están dadas por las curvas tiempo-corriente y existe una para cada tipo y capacidad de fusibles. La representación gráfica de estas curvas es la siguiente: A. A. Curva del fusible clase gL 3
  • 6. LOS DISYUNTORES El disyuntor o interruptor magnético-térmico, es un dispositivo de protección destinado a cumplir las siguientes funciones: Abrir o cerrar un circuito en condiciones normales. Abrir un circuito en condiciones de fallas, ya sea por sobrecarga o corto circuito. Se caracteriza porque puede realizar un elevado número de maniobras y, a diferencia del fusible, puede ser utilizado nuevamente después del despeje de una falla. Su accionar frente a una falla, depende de dos tipos de elementos: El elemento térmico. El elemento magnético El elemento térmico está formado por un bimetal que al dilatarse por efecto del calor producido por el exceso de corriente, opera el mecanismo de apertura del interruptor. El dibujo siguiente facilita la comprensión de este proceso. M1: Metal de mayor coeficiente de dilatación lineal. M2: Metal de menor coeficiente de dilatación lineal. El dispositivo térmico es de operación lenta y resulta muy apto para proteger sobrecargas. 5
  • 7. En cuanto al elemento magnético, corresponde a una bobina que censa en todo momento el comportamiento de la instalación. Esto, debido a que es recorrida por la corriente del circuito que protege. Al presentarse eventualmente una falla que lleve la magnitud de la corriente a valores muy elevados, la bobina desarrolla un campo magnético de gran intensidad que atrae el mecanismo de desconexión del interruptor. Esto puede apreciarse en el esquema siguiente: El elemento magnético es utilizado para la protección contra corto circuitos, debido a su característica de operación. 6
  • 8. Veamos primero cómo está el conjunto térmico-magnético al interior de un disyuntor y luego la curva de operación de un disyuntor. 7
  • 9. EL PROTECTOR DIFERENCIAL Este dispositivo de protección está destinado a desenergizar un circuito cuando en el se presenta una falla de aislación. Constituye un núcleo toroidal de material ferromagnético, abrazado por dos bobinas que se asocian en serie con el circuito protegido, más una bobina diferencial. La siguiente ilustración describe más concretamente la estructura y funcionamiento de un protector diferencial. 8
  • 10. Esquema de principio de un interruptor diferencial P = pulsador para prueba R = resistencia C = dispositivo de mando de la apertura del interruptor TR = toro D = devanado diferencial Id = corriente diferencial ∅ d = ∅ 1 - ∅ 2 Veamos cómo opera el protector diferencial. Cuando la corriente atraviesa la bobina 1, origina un flujo ∅ 1. Cuando la corriente atraviesa la bobina 2, origina un flujo ∅ 2. En condiciones normales ∅ 1 = ∅ 2 Luego, el ∅ R = ∅ 1 - ∅ 2 = ∅ D = 0 Cuando la corriente que atraviesa la bobina 1 no es igual a la que recorre la bobina 2, se origina un flujo diferencial ∅ D 0. Si este flujo equivale a la sensibilidad del dispositivo, actúa el mecanismo de desenganche, dejando fuera de servicio el circuito o instalación eléctrica. El principio de la protección diferencial se basa en que el interruptor desconecta un circuito defectuoso cuando una intensidad a tierra sobrepasa el valor de la intensidad diferencial. 9
  • 11. En este sistema de protección, todas las masas de los aparatos deben ser puestas a tierra. La resistencia de puesta a tierra debe cumplir con la siguiente expresión: R pt ≤ Vs ID Analicémosla en la próxima continuación. Vs = Voltaje de seguridad (Ambiente seco : 65 V) (Ambiente húmedo :24 V) Por ejemplo : ambiente seco Vs = 65 V ID = 30 m A valor característico (sensibilidad de los Diferenciales normales) R pt ≤ 65 = 2166,7 (Ω) 30 * 10- ³ El uso de un protector diferencial, permite que la puesta a tierra tenga un valor relativamente alto, que fácilmente puede ser logrado con un electrodo (barra que se entierra) del tipo Copperweld. 10
  • 12. Al circular a tierra una corriente de fuga IF / ID el protector actúa despejando el circuito (N). TIERRA DE PROTECCIÓN En todas las instalaciones de baja tensión, y especialmente en aquellas de los edificios destinados a vivienda, es necesario garantizar la seguridad de las personas que los habitarán, dotando a las instalaciones de los mecanismos de protección que corresponda. Cuando se trata de instalaciones a las que se conectarán una extensa serie de aparatos eléctricos, fijos y móviles, metálicos o no metálicos, susceptibles de deterioro desde el punto de vista eléctrico, fundamental la defensa contra los “contactos indirectos”. Para evitar dichos contactos indirectos, hay una serie de sistemas de protección. Uno de los más difundidos es el de tierra de protección. El objetivo de la puesta a tierra, es asegurar que todo artefacto o consumo eléctrico, al entrar en falla de aislacion sus carcazas o partes metálicas, no alcancen una tensión respecto a tierra mayor que los niveles de “Tensión de Seguridad” VS. Recordemos que Vs: 65 V en ambientes seco. 24 V en ambientes húmedos. 11
  • 13. Las ilustraciones siguientes explican en forma más concreta los contactos indirectos. 12
  • 14. LA RED DE TIERRA DE PROTECCIÓN Con respecto a este punto, la norma S.E.C. establece lo siguiente: “Toda pieza conductora que pertenezca a la instalación eléctrica, o forma parte de un campo eléctrico y que no sea parte integrante del circuito, debe conectarse a una puesta a tierra de protección para evitar tensiones de contacto peligrosas”. Al diseñar puesta a tierra de protección se debe evitar la permanencia de tensiones de contacto en las piezas conductoras no integrantes de los circuitos (carcazas). La protección puede lograrse por dos vías: Puesta a tierra individual por cada equipo protegido, o bien, Puesta a tierra común y un conductor de protección, al cual se conectan los equipo protegidos. Veamos el siguiente ejemplo de una puesta a tierra común. 13
  • 15. La resistencia de cada puesta a tierra de protección no debe exceder al siguiente valor. R pt ≤ Vs 2,5 IN Vs = Tensión de seguridad (65 V; 24 V) IN = Corriente nominal de la protección Ejemplo: si Vs = 65 (V) IN = 10 (A) 65 R pt ≤ _______ = 2,6 (Ω) 2,5 * 10 PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD SOBRE EL CUERPO HUMANO Los efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano, dependen de lo siguiente: Intensidad de la corriente que lo atraviesa. Duración del contacto. Resistencia eléctrica del propio cuerpo. Con respecto al último aspecto, la resistencia eléctrica del cuerpo varía según las condiciones físicas y psíquicas del sujeto y del estado de su piel (seca – mojada). Se estima a la resistencia mínima del cuerpo humano en 3.000 Ω para baja tensión y de 1.000 Ω para alta tensión, siendo estos valores un dato extremadamente variable. 14
  • 16. El cuadro siguiente describe los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano. Corriente que atraviesa el cuerpo humano (mA) Efectos Hasta 1 Imperceptible para el hombre. 2 a 3 Sensación de hormigueo. 3 a 10 El sujeto consigue, generalmente, desprenderse del contacto (liberación). De todas formas, la corriente no es mortal. 10 a 50 La corriente no es mortal si se aplica durante intervalos decrecientes a medida que aumenta su intensidad. De lo contrario los músculos de la respiración se ven afectados por calambres que pueden provocar la muerte por asfixia. 50 a 500 Corriente decididamente peligrosa en función creciente con la duración del contacto que da lugar a la fibrilación cardiaca (funcionamiento irregular con contracciones muy frecuentes e ineficaces). Posible defunción del infortunado. Más de 500 Decrece la posibilidad de fibrilación pero aumenta el riesgo de muerte por parálisis de los centros nerviosos o a causa de fenómenos secundarios. 15
  • 17. En relación con este mismo tema, es útil analizar la curva de peligrosidad que representa la corriente eléctrica para el cuerpo humano. CURVA DE PELIGROSIDAD TIEMPO (S) CORRIENTE (Ma) 1. Zona estadísticamente no peligrosa para la integridad física de las personas. 2. Zona peligrosa: siguiendo la variación de la curva desde arriba hacia abajo se pasa del peligro de tetanización al de asfixia y luego a la fibrilación cardiaca. Clasificación de los conductores eléctricos utilizados en instalaciones eléctricas Los conductores eléctricos se componen generalmente de tres partes muy diferenciadas. El alma o elemento metálico conductor. El aislamiento. Las cubiertas protectoras. 16
  • 18. En el esquema siguiente se pueden observar estas partes: De la forma como estén constituidas estas partes depende la clasificación de los conductores eléctricos. Así tenemos: Por su constitución - Alambres - Cables Por el número de conductores - Monoconductores (un solo elemento) - Multiconductores (varios elementos) Por su aislamiento - Desnudos - Aislados Las ilustraciones siguientes permiten apreciar aspectos de esta clasificación: Alambre aislado (monoconductor) 17
  • 19. Cable aislado (monoconductor) Cable multiconductor aislado Los cables de gran flexibilidad (gran número de hebras) se denominan cordones. Intensidad de corriente admisible para Conductores aislados (secciones AWG) Temperatura de servicio : 60° y 75° C Temperatura ambiente : 30° C. Grupo A Temperatura de servicio Grupo B Temperatura de servicio Sección Nominal 60 ° C. 75° C. 50° C. 75° C. 0,32 0,51 0,82 1,31 2,08 3 5 7,5 10 15 3 5 7,5 10 15 20 20 3,31 5,26 8,36 13,30 21,15 20 30 40 55 70 20 30 40 65 85 25 40 55 80 105 25 40 65 95 125 26,67 33,62 42,41 53,49 80 95 110 125 100 115 130 150 120 140 165 195 145 170 195 230 18
  • 20. 67,42 145 175 225 265 85,01 107,2 127 152 177,3 165 195 215 240 260 200 230 255 285 310 260 300 340 375 420 310 360 405 445 505 202,7 253,4 304 354,7 380 280 320 355 385 400 355 380 420 460 475 455 515 575 630 655 545 620 690 755 785 405,4 456 506,7 633,4 760,1 886,7 1.013 410 435 455 495 520 545 560 490 520 545 590 625 650 665 680 730 780 890 980 1.070 1.155 815 870 935 1.065 1.175 1.280 1.385 GRUPO A : Hasta 3 conductores en tubo o en cable o directamente enterrados. GRUPO B : Conductor simple al aire libre. Intensidad de corriente admisible para Conductores aislados (secciones milimétricas) Temperatura de servicio : 70° C Temperatura ambiente : 30° C. Sección Nominal MM2 Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 0,75 1 1,5 2,5 11 15 20 12 15 19 25 15 19 23 32 4 6 10 16 25 33 45 61 34 44 61 82 42 54 73 98 19
  • 21. 25 35 50 70 83 103 132 164 108 134 167 207 129 158 197 244 95 120 150 197 235 ---- 249 291 327 291 343 382 185 240 300 400 500 ---- ---- ---- ---- ---- 374 442 510 ---- ---- 436 516 595 708 809 GRUPO 1 Conductores monopolares tendidos en tubos. (por ejemplo NYA) GRUPO 2 Conductores multipolares como los que tienen cubierta común y van en tubos metálicos, conductores con cubierta de plomo; cables planos, cables móviles o portátiles, etc. GRUPO 3 Conductores monopolares tendidos libremente en el aire, contándose como mínimo con un Espacio entre conductores igual al diámetro del conductor, así como en el caso de distribución alumbrados mediante conductores monopolares en instalaciones de maniobra de distribución y de distribución de barras con salidas variables. Como conclusión, en el dimensionamiento de los conductores, se deberá elegir la sección que resulte ser mayor al aplicarle los dos criterios de cálculo. 20
  • 22. CIRCUITOS BÁSICOS DE ALUMBRADO El circuito de alumbrado tiene por objetivo iluminar artificialmente un recinto en el que se realizan actividades humanas. Según su grado de complejidad y uso, los circuitos eléctricos de alumbrado se clasifican de la siguiente forma: Circuito de efecto simple o 9/12. Circuito de doble efecto o 9/15. Circuito de triple efecto o 9/32. Circuito de combinación escalera o 9/24. Circuito de enchufe. Circuito fluorescente. Circuito de alarma. Con el fin de lograr el nivel de iluminación requerida, se ha desarrollado una tecnología que considera la intervención de determinados elementos. De los elementos de iluminación existentes, los de mayor uso en instalaciones de alumbrado son las lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes. Veamos las características de cada una de ellas. Lámpara incandescente Este tipo de lámpara se compone de las siguientes partes: Filamento: Es la parte más importante de la lámpara. Se fabrica de un metal (tungsteno o wolframio) que tiene un punto de fusión muy alto (3.400°C) y en forma de hélices. Ampolla Es de vidrio e impide que el filamento entre en contacto con el oxígeno del aire para evitar que se queme. Se vacía el aire del interior y se llena de un gas inerte (mezcla de argón y nitrógeno). Hilos conductores Llevan la corriente desde el casquillo al filamento. Están hechos de hierro, níquel y cobre. Soporte de vidrio Sirve de apoyo a los conductores y los aísla eléctricamente. 21
  • 23. Casquillo Es el soporte de la lámpara. A través de el penetra la corriente eléctrica. Está formado por la rosca y el contacto central. Entre ambos hay un anillo de vidrio. Los hay de varios tipos, siendo los más comunes de rosca y, entre éstos, el E-27. Soporte del filamento Son unos alambres de molibdeno que impiden la deformación del filamento. Las figuras siguientes muestran las partes de una lámpara incandescentes y los tipos de casquillos que comúnmente se utilizan. Diversos tipos de casquillos 22
  • 24. El funcionamiento de la lámpara incandescente sigue el proceso que se indica: Al paso de la corriente eléctrica, el filamento se calienta, alcanza una temperatura de 2.200°C, lo cual hace que se ponga incandescente (color rojo blanco), emitiendo luz. Debido a esta temperatura, el filamento sufre una pérdida de material por evaporación del mismo. Esto se evita en gran medida enrollando el filamento en forma de hélice (simple, doble, etc.). Lámpara o tubo fluorescente Una lámpara o tubo fluorescente es una fuente de descarga eléctrica en una atmósfera de vapor de mercurio de baja presión. La luz se genera en ellos por fluorescencia. El tubo fluorescente consta de las partes siguientes: Tubo de cristal de distintas longitudes y diámetro normalizado, recubierto en su superficie interior de una sustancia fluorescente en forma de polvo. Según la composición de esta sustancia, el color de la luz emitida será distinto. En el espacio interior del mismo, se ha introducido una mezcla que consta de baja presión y una gota de mercurio. Casquillos, situados a ambos extremos del tubo y que soportan los filamentos (electrodos) o contactos. Filamentos o electrodos en espiral doble o triple de wolframio recubiertos de óxidos. Estos son sustancias que emiten o liberan electrones a altas temperaturas. Las ilustraciones siguientes muestran las partes y principio de funcionamiento de un tubo o lámpara fluorescente y los símbolos con que se representa. 23
  • 25. EL BALASTO El balasto es un aparato que consta de las partes siguientes: Un cuerpo compuesto por un arrollamiento o bobina sobre un núcleo de chapas magnéticas. Una carcaza con los terminales de salida. Una sustancia de poliéster entre carcaza y núcleo como aislamiento y reductor de zumbido. La figura siguiente representa un balasto. Se pueden apreciar sus partes, la lectura que incluye en su frente y el símbolo con que se le representa. 24
  • 26. EL CEBADOR El cebador de destellos, conocido también como partidor, está constituido por dos electrodos o lámparas separadas que se doblan y unen por la acción del calor. Están situadas dentro de una ampolla de vidrio con gas neón a baja presión. Fuera de la ampolla se encuentra un condensador de pequeña capacidad que tiene por misión absorber la energía de ruptura en la apertura de las láminas. Todo ello, a su vez, está contenido en un cilindro de aluminio o plástico en cuya parte inferior se sitúan los contactos o patillas. Al aplicarle tensión, une las laminillas cerrando el circuito durante un instante y dando paso a la corriente a través de los filamentos del tubo. Su apertura origina que la reactancia produzca una sobre tensión que da a lugar a su vez, a la ionización o descarga en la lámpara. La ilustración siguiente muestra el cebador o partidor y sus partes. 1. Ampolla de vidrio llena de gas neón. 2. Laminillas bi metálicas. 3. Soporte. 4. Condensador anti parasitario. En relación con los circuitos básicos de alumbrado, mencionados al inicio de esta unidad, se describen sus características fundamentales y aplicaciones y se presentan en forma gráfica los esquemas prácticos o de desarrollo y los unilineales. 25
  • 27. Circuito de efecto simple El circuito 9/12, corresponde en alumbrado al esquema lámpara o grupo de lámparas que son comandadas desde un solo interruptor de efecto simple. Se aplica en todo tipo de instalaciones eléctricas de alumbrado tales como bodegas, dormitorios, cocinas, etc. ESQUEMA: 26
  • 28. Circuito de doble efecto (9/15) Este circuito corresponde al esquema de dos lámparas o dos grupos de lámparas que son comandadas independientemente desde un solo punto o placa interruptor. Es utilizado comúnmente en baño-pasillo; patio-cocina; closet-dormitorio, y otros porque tiene la ventaja de controlar dos centros de alumbrado desde un solo punto. ESQUEMA: 27
  • 29. Circuito de triple efecto (9/32) El circuito 9/32 representa al esquema de alumbrado, en el cual se comandan independientemente a tres centros luminosos de lámparas individuales o grupos de lámparas, desde un sólo punto de control. Se aplica para el control sectorizado de iluminación en recintos de alta densidad de lámparas tales como: oficinas bancarias, locales comerciales y naves industriales. ESQUEMA: 28
  • 30. BASES Las hay simples y compuestas. Están destinadas a fijar mecánicamente el tubo el partidor y des energizarlo eléctricamente. ESQUEMAS: Equipo simple Equipo doble con Ballast compensado 29
  • 31. Los esquemas siguientes muestran la conexión de lámparas fluorescentes. Individual. En serie de dos lámparas. En paralelo de dos lámparas. Conexión individual Conexión en serie de dos Conexión en paralelo de una lámpara fluorescente lámparas fluorescentes (en dúo) de dos lámparas fluorescentes Circuitos de combinación escalera (9/24) La característica de este circuito de alumbrado, está en la posibilidad de controlar desde dos puntos diferentes, los estados ONN – OFF de un centro luminoso (lámpara o grupo de lámparas). El uso de este tipo de circuito es indispensable en escaleras (dos o más pisos); pasillos largos; habitaciones con doble acceso, etc. ESQUEMA: 30
  • 32. Circuito de enchufes Este circuito tiene la característica de extender las líneas de alimentación (fase y neutro más tierra de protección) hasta todos los puntos donde se requiera alimentación eléctrica. Es importante tener presente que a lo menos debe existir un enchufe por cada 9 m. de perímetro o fracción en cada habitación. ESQUEMA Circuito fluorescente La lámpara fluorescente, a diferencia de la incandescente, requiere de una serie de elementos adicionales para poder operar con eficiencia y ser conectada a la red de alumbrado. Según sea el tipo de equipo, el circuito de la lámpara fluorescente presenta algunas variaciones. Esto da origen a la siguiente clasificación: Equipo simple. Equipos dobles. - Con ballast simple. - Con ballast compensados. 31
  • 33. COMPONENTES DE UN CIRCUITO FLUORESCENTE Ballast Bobina de alta inductancia cuyo objetivo es el de “cebar” el encendido de la lámpara y luego actuar como limitador de la corriente que la atraviesa. Se asocia en serie con el tubo. Partidor Corresponde a un dispositivo “ interruptor” de neón que se asocia en serie con los filamentos del tubo, dando la señal que permite que éstos se calienten y encienda el tubo. 32
  • 34. 33