UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P. INGENIERÍA ELECTRÓNICA E.A.P. INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES
Laboratorio de Máquinas Eléctricas – Informe monográfico
INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN EDIFICIOS Profesor
Ing. Luis Milla Lostaunau Estudiantes Código
Cuba Cárdenas, Karla Fiorella Peralta Napan, José Jesus Zevallos Yauri, Jorge Luis
14190256 14190141 14190029
Horario
Lunes 10 – 12 hrs. Fecha de entrega
09 de mayo del 2016 Ciudad Universitaria, 16 de mayo del 2016
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ÍNDICE 1. CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1.
Situación problemática
1.2.
Formulación del problema
1.3.
Justificación teórica
1.4.
Justificación práctica
1.5.
Objetivos 1.5.1.
Objetivo general
1.5.2.
Objetivos específicos
2. CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1.
Marco filosófico o epistemológico de la investigación
2.2.
Antecedentes de investigación
2.3.
Bases teóricas.
3. CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA
4. CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5. CAPÍTULO 5: IMPACTOS 5.1.
Propuesta para la solución del problema
5.2.
Costos de implementación de la propuesta
5.3.
Beneficios que aporta la propuesta
6. CONCLUSIONES - RECOMENDACIONES 2
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
8. ANEXO
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CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1.
Situación problemática El campo de las instalaciones eléctricas en edificios se ha expandido rápidamente. En la ciudad de Lima se vive la era del llamado “boom inmobiliario”,
donde
más
familias
prefieren
vivir
en
zonas
preferentemente céntricas, donde haya instituciones educativas, zonas de recreación y placer, por trabajo, entre otros motivos. Sumado al todavía centralismo de la ciudad capital del Perú, cada vez más viviendas se construyen de manera vertical, para poder atender las necesidades de las familias limeñas, algunas descritas líneas arriba. Cabe indicar que este fenómeno también se vive en algunas capitales de regiones del interior del país. Es por ello que hay una necesidad de profesionales con conocimientos en el área para
calcular e instalar componentes eléctricos en
edificaciones de este tipo, así como para modificar, restaurar o implementar instalaciones existentes. Es importante tener los conocimientos aptos para llevar a cabo esta tarea de instalaciones eléctricas, puesto que está de por medio la seguridad de familias residentes en edificios. Muchas familias optan por instalar por sí mismos las conexiones, obviando ciertos criterios de seguridad, siendo un peligro latente. Finalmente, es menester aclarar que este proyecto no es realizado por estudiantes de Ingeniería Eléctrica, es así que este trabajo es de carácter teórico.
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1.2.
Formulación del problema Este proyecto abordará los principios básicos que debe tener una edificación para poder realizar una instalación eléctrica, que no cause daños en los equipos eléctricos y electrónicos conectados a la red y que no ponga en riesgo la integridad de los habitantes de esta.
1.3.
Justificación teórica Administrar de forma conveniente y eficiente el suministro eléctrico de la red eléctrica general, para evitar el mal uso de la energía.
1.4.
Justificación práctica Reducir las pérdidas de energía dentro de la edificación, que se traduce como ahorro de dinero en el suministro eléctrico.
1.5.
Objetivos
1.5.1. Objetivo general Implementar una correcta red eléctrica en la edificación, evitando daños a los dispositivos y a sus habitantes.
1.5.2. Objetivos específicos
Diferenciar entre una instalación segura de otra no segura, para valorar a los profesionales del campo.
Regular la entrada principal a un nivel que garantice la durabilidad de equipos eléctricos o electrónicos conectados a la red del edificio. 5
Dar un nivel alto de seguridad necesario para evitar daños personales.
Dar una visión general sobre el trabajo del ingeniero eléctrico en el diseño de una red eléctrica en edificios.
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CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1.
Marco filosófico o epistemológico de la investigación En esta información que se presentara a continuación, se explicaran varios conceptos de mucha utilidad, tal es el caso de corriente, voltaje y resistencia. Todo aparato está formado por circuitos que no funcionarían si no tuvieran los tres elementos dichos con anterioridad. Recordemos que la electricidad no tuvo sus inicios tan sencillamente como puede parecer; pues según lo que conocemos hoy en día, el primer conocimiento de esta (el termino de electricidad proviene de la palabra elektron que en griego es ámbar. Cuando Thales de Mileto por medio del frotamiento de un trozo de ámbar vio que este tenía la propiedad de atraer otro objeto. La electrónica estudia el flujo de electrones que circula por materia en movimiento y que nos es de diferentes utilidades. En este trabajo veremos las instalaciones electrónicas dentro de un edificio con los conocimientos previos de lo que es la electricidad y la simbología llegaremos hacer la infraestructura electrónica.
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2.2.
Antecedentes de investigación Para poder desarrollar esta investigación necesitamos tener bien en claro y dominar los conceptos de electricidad y corriente eléctrica, así como la simbología, ley de Ohm, potencia. calibre de los conductores conceptos como caída de voltaje, etc. También podemos observar o guiarnos de instalaciones eléctricas y cableado en casas domiciliarias que viene hacer muy similar que en edificios. Anexamos a continuación un plano de una casa con cableado.
Otro de los antecedentes de investigaciones es que tienes que saber formas hacer y crear un plano de una casa y un edificio ya que no podríamos desarrollar el cableado. Otro fundamento importante es saber el terreno y para que servirá o utilizará ese edificio ya que puede tener diferentes formas de uso. 8
2.3.
Conceptos básicos
Ley De Ohm La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial
que aparece entre los extremos de un
conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente
que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley
introduciendo la noción de resistencia eléctrica
; que es el factor
de proporcionalidad que aparece en la relación entre
e :
La fórmula anterior se conoce como ley de Ohm incluso cuando la resistencia varía con la corriente, y en la misma, diferencia de potencial,
a la resistencia e
corresponde a la
a la intensidad de la
corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional
de
unidades
son,
respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A). Otras expresiones alternativas, que se obtienen a partir de la ecuación anterior, son:
válida si 'R' no es nulo
válida si 'I' no es nula 9
En los circuitos de alterna senoidal, a partir del concepto de impedancia, se ha generalizado esta ley, dando lugar a la llamada ley de Ohm para circuitos recorridos por corriente alterna, que indica
Siendo
corresponde al fasor corriente,
al fasor tensión y
a
la impedancia.
Ley de kirchhoff Esta ley también es llamada ley de nodos o primera ley de Kirchhoff y es común que se use la sigla LCK para referirse a esta ley. La ley de corrientes de Kirchhoff nos dice que: En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
Esta ley es llamada también segunda ley de Kirchhoff, ley de lazos de Kirchhoff o ley de mallas de Kirchhoff (es común que se use la sigla LVK para referirse a esta ley).
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En un lazo cerrado, la suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión total suministrada. De forma equivalente, la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico en un lazo es igual a cero.
circuito en serie y paralelo. circuitos en serie Los circuitos en serie se caracterizan por tener las resistencias conectadas en la misma línea existente entre los extremos de la batería o la pila, es decir, situados uno a continuación del otro. Por tanto, la corriente fluye por cada resistor uno tras otro. Si ponemos un ejemplo utilizando las centrales hidráulicas, podemos decir que dos depósitos de agua están conectados en serie si la salida de uno de ellos se conecta a la entrada del segundo. Otro ejemplo donde aparece la conexión en serie puede ser las baterías eléctricas, ya que están formadas por varias pilas que se encuentran conectadas en serie para alcanzar el voltaje necesario.
circuitos en paralelo
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Los circuitos en paralelo se caracterizan por tener conectadas varias vías alineadas paralelamente entre sí, de tal forma que cada vía tiene una resistencia y estas vías están conectadas por puntos comunes, tal y como podemos apreciar en la siguiente imagen.
circuito mixto Los circuitos mixtos, como su propio nombre indica, son circuitos que mezclan resistencias conectas en serie y en paralelo. Es decir, dentro de uno de las vías paralelas, podemos encontrar un mini circuito en serie, como el que podemos ver en la imagen.
En primer lugar tenemos que operar con el circuito secundario (en
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este caso el circuito en paralelo) para trabajar a continuación como si se tratase de un único circuito (en serie).
caídas de tensión Llamamos caída de tensión de un conductor a la diferencia de potencial que existe entre los extremos del mismo. este valor se mide en voltios y representa el gasto de fuerza que implica el paso de la corriente por el mismo. Así mismo, la caída de tensión es medida frecuentemente en tanto por ciento de la tensión nominal de la fuente de la que se alimenta. por lo tanto, si en un circuito alimentado a 400 voltios de tensión se prescribe una caída máxima de tensión de una instalación del 5%, esto significará que en dicho tramo no podrá haber más de 20 voltios, que sería la tensión perdida con respecto a la tensión nominal. No existe un conductor perfecto, pues todos presentan una resistividad al paso de la corriente por muy pequeña que sea, por este motivo ocurre que un conductor incrementa la oposición al paso de la corriente, a medida que también va aumentando su longitud. si esta resistencia aumenta, por consiguiente, aumenta el desgaste de fuerza, es decir, la caída de tensión. podríamos decir que la caída de tensión de un conductor viene determinada por la relación que existe entre la resistencia que ofrece este al paso de la
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corriente, la carga prevista en el extremo más lejano del circuito y el tipo de tensión que se aplicará a los extremos.
Simbología y planos
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CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA Como se mencionó anteriormente este trabajo de investigación solo se basará en la teoría sobre instalaciones eléctricas en edificios, por lo cual no será un trabajo experimental. A continuación, veamos en el siguiente esquema como se relaciona los elementos de una instalación eléctrica: -
Un circuito básico está formado por un conjunto de componentes que ordenados y conectados adecuadamente permiten el paso de la corriente. Los cuatro principales son los siguientes:
Para el uso adecuado de una instalación eléctrica de un edificio nos guiaremos del: -
CÓDIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD – UTILIZACIÓN SECCIÓN 050: CARGAS DE CIRCUITOS Y FACTORES DE DEMANDA En el caso de viviendas unifamiliares o departamentos en edificios de vivienda para las que sea de aplicación la Regla 50-110(2) de esta Sección, las corrientes a considerar en los conductores de la acometida y del alimentador, no deben ser menores a las que se indican a continuación;
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sin embargo, la sección mínima de dichos conductores debe ser 4 mm para acometidas y 2,5 mm para alimentadores. (a) 15 A, para cargas de hasta 3 000 W. (b) 25 A, para cargas mayores de 3 000 W hasta 5 000 W . (c) 40 A, para cargas mayores de 5 000 W hasta 8 000 W con suministro monofásico y 15 A con suministro trifásico 380/220 V. Regla 50-110 Determinación de Áreas y Previsión Opcional de la Demanda Máxima Total Cuando No Se Dispone de Información (1) Las áreas de vivienda designadas en las Reglas 050-200 y 050-202 deben ser determinadas por las dimensiones interiores (áreas techadas) e incluyen: (a) 100% del área del primer piso; más (b) 100% del área de los pisos superiores, dedicada a vivienda; más (c) 75% del área del sótano. (2) Opcionalmente, en el caso de viviendas unifamiliares o departamentos en edificios de vivienda, cuando no se dispone de información específica sobre las cargas, la demanda máxima total a prever no será inferior a: (a) 3 000 W, para viviendas de hasta 90 m según dimensiones interiores. (b) 5 000 W, para viviendas de más de 90 m hasta 150 m según dimensiones interiores. 16
(c) 8 000 W, para viviendas de más de 150 m hasta 200 m, según dimensiones interiores.
-
Acometidas y Alimentadores 050-200 Viviendas Unifamiliares (1) La mínima capacidad de conducción de corriente de los conductores de acometidas o alimentadores debe ser la mayor que resulte de la aplicación de los párrafos (a) y (b) siguientes: (a) (i) Una carga básica de 2 500 W para los primeros 90 m del área de vivienda (ver Regla 050-110); más (ii) Una carga adicional de 1 000 W por cada 90 m, o fracción, en exceso de los primeros 90 m; más (iii) Las cargas de calefacción, con los factores de demanda previstos en la Sección 270, más cualquier carga de aire acondicionado con factor de demanda de 100%, según la Regla 050-106(4); más (iv) Cualquier carga de cocina eléctrica, como sigue: 6 000 W para cocina única más 40% de la cantidad en la que la potencia de dicha cocina exceda los 12 kW; más (v) Cualquier carga de calentadores de agua para piscinas y baños individuales o comunes; más (vi) Cualquier carga adicional a las mencionadas en los párrafos
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(i) a (v), al 25% de su potencia nominal, si ésta excede los 1500 W y si se ha previsto una cocina eléctrica; o al 100% de la potencia nominal de cada una, si ésta excede los 1 500 W hasta un total de 6 000 W, más 25% del exceso sobre los 6 000 W, si no se ha previsto una cocina eléctrica. (b) 40 amperes. Lo anterior significa que si al realizar el cálculo para una vivienda unifamiliar siguiendo todo el procedimiento descrito en la parte a y b se obtiene como máxima demanda una potencia equivalente a una carga menor de 40 amperios, se debe tomar la opción b, pues es la mayor de ambas. Pero, si al valor resulta mayor de 40 amperios, debe tomarse ese valor.
Edificios de Departamentos y Similares (1) La capacidad mínima de los conductores de una acometida o alimentador, servidos por una acometida principal, que alimenten cargas en unidades de vivienda, debe ser la mayor que resulte de la aplicación de los párrafos (a) o (b) siguientes: (a) (i) Una carga básica de 1 500 W para los primeros 45 m de vivienda; más (ii) Una carga adicional de 1 000 W por los segundos 45 m o fracción; más
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(iii) Una carga adicional de 1 000 W por cada 90 m o fr acción en exceso de los primeros 90 m; más (iv) La carga de cualquier cocina eléctrica, como sigue: 6 000 W para una cocina eléctrica, más 40% de la carga excedente a los 12 kW; más (v) Cualquier carga de calefacción, con aplicación de los factores de demanda de la Sección 270, más las cargas de aire acondicionado con factor de demanda al 100%; más (vi) Cualquier carga en adición de las mencionadas en los subpárrafos (i) a (v) inclusive a: (A) 25% de la potencia de régimen de cada carga mayor de 1 500 W, si se ha previsto una cocina eléctrica; o (B) 25% de la potencia de régimen de carga mayor de 1 500 W, más 6 000 W, si no se ha previsto una cocina eléctrica. (b) 25 amperes.
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CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN Calculo de la Máxima Demanda La Máxima Demanda de una casa equivale a la máxima potencia que va utilizar durante un tiempo de vida útil proyectada para la vivienda. Por lo tanto, su unidad de medida es el vatio y generalmente se expresa en kW (kilo vatios o mil vatios). Para realizar este cálculo se debe tomar en cuenta las recomendaciones del código nacional de electricidad utilización en su sección 050 denominada "cargas de circuitos y factores de demanda", específicamente la sección 050200 referida a "acometidas y alimentadores para viviendas unifamiliares". Veamos algunos ejemplos de cómo calcular la máxima demanda requerida para una vivienda unifamiliar: Ejemplo: Una vivienda unifamiliar tiene un área de vivienda de 180m². Calcular su Máxima Demanda considerando que estará equipada con una cocina eléctrica de 2500W y una terma de 2000W Solución Según la sección 50-200-a, para los primeros 90m² se debe considerar 2500W=2.5kW. Para los siguientes 90m² se debe considerar 1000W=1.0kW Por lo tanto, la máxima demanda de la vivienda es de: 2500W (de los primeros 90m²) + 20
1000W (de los siguientes 90m²) + 2500W (de la cocina eléctrica) + 2000W (de la terma o calentador de agua) TOTAL=8000W
Ahora, la tensión monofásica para las viviendas es de 220V, entonces para una Máxima Demanda de 8.0 kW, en un sistema monofásico se obtiene una corriente de 36.36 Amperios. Respuesta La Máxima Demanda para la vivienda unifamiliar de 180m² es de 8.0kW, pero la mínima capacidad de conducción de los conductores de alimentación y de la acometida debe ser de 40 Amperios que es la mayor entre las opciones "a" y "b" indicadas y que equivale a 8.8kW.
¿Es muy alta la máxima demanda para este ejemplo? El resultado de este cálculo es, para algunas viviendas alto. Estamos en un avance tecnológico donde los artefactos y equipos son cada vez más eficientes, especialmente los de iluminación. Las antiguas lámparas de 100 vatios, se han reemplazado por las lámparas ahorradoras de 10,15 y 20 vatios. Y, ahora las lámparas con LED tienen potencias mucho menores.
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Una recomendación para realizar el cálculo de sus instalaciones de forma más exacta es conocer que artefactos formarán parte del equipamiento de su hogar y la forma como hará uso de ellos: Le mostraré con cifras como puede dañar sus instalaciones de forma continua. Un conductor de sección de 14AWG puede conducir, a temperatura ambiente, 25 amperios. Esto, es una fuente de tensión de 220V y un factor de potencia unitario nos da la posibilidad de poner a funcionar artefactos que no superen los 5.5 kW en forma simultánea. Si una vivienda tiene un calentador de agua que consume 2.5 kW, una plancha de 1 kW, una cafetera eléctrica de 1.5 kW, un microondas de 1.2 kW y un hervidor eléctrico de 1.5 kW, entonces las razones de tener cuidado son altas. Poner a funcionar a todas ellas juntas, resulta peligroso para el conductor, el cual se calentará en función del tiempo que estén todos eses artefactos funcionando. Es recomendable, que cuando la terma o calentador de agua está funcionando, sólo uno de los demás artefactos debe estar encendido y además algunas cargas menores como lámparas de alumbrado. Lo seguro es no superar los 5 kW.
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CAPÍTULO 5: IMPACTOS 5.1.
Propuesta para la solución del problema Se debe diseña y realiza instalaciones eléctricas de tipo residencial, comercial e industrial a partir de la definición de necesidades de las cargas y su localización, los requerimientos de voltaje, la definición y cálculo de los circuitos que habrán de ser derivados. Para ello debemos de contar con personal calificado para realizar los estudios necesarios de la implantación o adecuación de los sistemas de tierra necesarios para la correcta protección de los equipos y sistemas que se encuentren conectados a la instalación eléctrica. Un Sistema de Tierra correcto, garantiza la integridad física del personal, además de evitar que condiciones atmosféricas afecten las instalaciones y los equipos. Así mismo reduce los costos de operación y reparación, aumentando la productividad y minimizando las fallas en los sistemas. Además debemos de contar con el personal adecuado que nos proporcione los servicios de mantenimiento preventivo y correctivo en base a las recomendaciones de los mismos fabricantes de los equipos, tanto de plantas de emergencia como de sistemas de energía, con lo cual se garantiza la correcta operación de los mismos, aumentando la expectativa de vida útil y protegiendo la inversión realizada por nuestros clientes; un mantenimiento periódico y constante permite detectar a tiempo fallas antes de que se genere un problema crítico.
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El mantenimiento preventivo no solo se refiere a equipo, por lo que también ofrecemos el servicio de mantenimiento preventivo-correctivo a instalaciones eléctricas, en las cuales se contemplan los siguientes aspectos:
5.2.
•
Mantenimiento a tableros
•
Balanceo de fases
•
Peinado del cableado
•
Revisión y cambio de partes internas
•
Revisión y ajuste de protecciones
Costos de implementación de propuesta El costo para la implementación de esta propuesta será de acuerdo a la empresa que contratemos, pues cada una de ellas nos dará un presupuesto para realizar la instalación o el mantenimiento eléctrico.
5.3.
Beneficios que aporta la propuesta Las instalaciones eléctricas se realizarán por personal calificado, por ello los riesgos que puedan ocurrir serán mínimos (si es que ocurriese); en comparación con las malas instalaciones que pueda realizar una persona con conocimientos empíricos. De allí es que ocurren los accidentes como son los cortocircuitos, descargas eléctricas por no contar con puestas a tierra, etc. 24
Por estas razones es preferible contar con profesionales calificados para evitar posibles consecuencias materiales y/o humanas.
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CONCLUSIONES RECOMENDACIONES
Para poder realizar instalaciones eléctricas en un edificio debemos tener un conocimiento sobre electricidad y sus propiedades, así como las leyes de Ohm y de Kirchhoff.
Tener un conocimiento previo sobre planos y símbolos eléctricos.
Tomar en cuenta para que se utilizará el edificio a construir.
Desarrollar planos y simulaciones para ver si el funcionamiento del alambrado y las instalaciones son correctas.
Tener en cuenta la intensidad de la corriente con la que se trabajará.
Elaborar el esquema con materiales comerciales y de fácil acceso a los consumidores.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASAS ECOLÓGICAS. Símbolos de electricidad en planos . Consultado el día 5 de mayo del 2016, desde: http://icasasecologicas.com/simbolos-deelectricidad-en-planos/ HARPER, ENRIQUEZ. El ABC de las instalaciones eléctricas . Consultado el día
1
de
mayo
del
2016,
desde:
https://zonaemec.files.wordpress.com/2016/03/1-abc-instalacioneselc3a9ctricas.pdf LA GUÍA. Circuitos en serie y en paralelo. Consultado el día 30 de abril del 2016,
desde:
http://fisica.laguia2000.com/general/circuitos-en-serie-y-en-
paralelo#ixzz48lxjWb4b MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS. Código Nacional de Electricidad – Implementación.
Consultado el día 2 de mayo del 2016, desde
http://intranet2.minem.gob.pe/web/cafae/Pdfs/CNE.PDF WIKIPEDIA. Instalación eléctrica. Consultado el día 1 de mayo del 2016, desde: https://es.wikipedia.org/wiki/Instalaci%C3%B3n_el%C3%A9ctrica.
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ANEXO
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