Universidad de La Serena Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas Servicios a la Minería
Electrificación de Alumbrado en Minería Subterránea
Profesor: Jose Chebair Estudiantes: Cristian Aguilar Carlos Ardiles Valentina Arias Abel Ballón Catalina de la Cuadra Fecha: 08/Junio/2016
Indice Introducción ............................................................................................................ 3 Desarrollo ................................................................................................................ 4 1.- Conceptos Básicos .................... ............................... ..................... .................... ..................... ..................... .................... .................... ............ 4 2.- Costo de la Energía ........................... ..................................... ..................... ..................... .................... .................... ..................... ............... 6 2.1.-Resultados del consumo de energía en la minería del cobre ............................................ 7
3.- Red de Transmisión Eléctrica .......................................................................... 8 4.- Sistemas intrínsecamente seguros (Fire Proof.)................... .............................. ..................... .............. .... 9 5.- Electricidad estática y corrientes vagabundas .................... .............................. ..................... ................ ..... 9 6.- Descripción de los sistemas de abastecimiento abaste cimiento de energía eléctrica ....... 10 6.1.- Abastecimiento externo ................................................ ..................................................................................................... .........................................................10 6.2.- Abastecimiento propio ........................................................................................................ ...................................................................................... .................. 10
7.- Electrificación en mineras subterráneas ................... ............................. .................... ..................... .............. ... 11 8.- Ventajas Ventajas e inconvenientes de la energía eléctrica .................... .............................. ................... .........13 8.1.- Riesgo de Electrocución ...................................................................................................... .................................................................................... .................. 13 8.2.- Riesgo de Incendio ................................................ .................................................................................................... ............................................................... ........... 14
9.- Reglamento de Seguridad Minera ..................... ............................... .................... ..................... ..................... .............. 16 Titulo Titulo III: Explotación de Minas Subterráneas ......................................................................... ................................................................ ......... 16
Conclusión ............................................................................................................. 20
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Introducción
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Desarrollo La importancia de un buen sistema eléctrico en las actividades de explotación minera es una parte vital para el continuo abastecimiento de energía para los equipos mineros y el alumbrado, ya que un diseño óptimo en esos sistemas garantiza la continuidad de estos procesos. Para esto se tiene que tener un conocimiento de como trabajarla de manera optima optima conociendo sus conceptos básicos de esta.
1.- Conceptos Básicos La ley de ohm La ley de de Ohm es la herramienta más más importante con la que debe contar cualquier persona que se involucre con la electricidad, ya que establece las relaciones que existen entre potencial eléctrico (voltaje), corriente eléctrica y la resistencia. Esta ley expresa que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo mismo V=IxR I = Intensidad en amperios (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohmios ( #). •
Voltajes de corriente El voltaje es una magnitud física, con la cual podeos cuantificar o medir la diferencia eléctrica o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro. Los voltajes de corrientes o tensión pueden ser de tres tipos: - Baja Tensión son los menores a 1.000 Volt. - Media Tensión son entre 1.000 y 60.000 Volt. - Alta Tensión mayores a 60.000 Volt. •
Resistencia eléctrica Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. •
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• Intensidad de corriente
La intensidad de corriente eléctrica es la cantidad de electricidad o carga eléctrica que circula por un circuito en la unidad de tiempo Clases de corriente eléctrica Básicamente existen dos tipos de corriente eléctrica la corriente continua y la corriente alterna. La corriente continua circula siempre en el mismo sentido y con un valor constante. La producen dínamos, pilas, baterías, acumuladores •
La corriente alterna circula alternativamente en dos sentidos, variando al mismo tiempo su valor. La producen los generadores de corriente alterna.
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Corrientes trifásicas y monofásicas Monofásico Se habla de monofásico cuando se dispone únicamente de una tensión alterna. El circuito funciona con 2 hilos y la corriente corriente que circula por ellos es siempre siempre la misma. La onda de corriente alterna básica viene del giro de una bobina dentro de un campo magnético. Trifásico Se entiende por corriente trifásica a un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica eléctrica formado por tres corrientes corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia, que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. •
2.- Costo de la Energía Los yacimientos envejecen, y con ello disminuye la ley del mineral, que es la concentración de metal en las rocas, y aumentan las distancias de acarreo por la profundidad de las minas, entre otras cosas, por lo que cada vez se requiere más energía en las faenas. En la siguiente grafica se puede observar el aumento que se obtuvo en a energía eléctrica desde el 2008 al 2014.
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El 20% de los costos operacionales de las las empresas mineras está constituido por la energía eléctrica y, y, al mismo tiempo, Chile tiene evidentes desventajas con respecto respecto a otros países mineros, ya que debe pagar hasta el doble por este insumo. A la vez, en la medida en que caen las leyes de mineral y se debe procesar mayor cantidad de roca para obtener la misma cantidad de mineral, que se encuentran rocas más duras que requieren mayores esfuerzos de chancado y molienda, y que hay una necesidad creciente de recurrir a agua de mar que debe ser impulsada a la faenas, todo esto deriva en un mayor uso de energía eléctrica, no obstante los esfuerzos de eficiencia de las empresas mineras. Así, no es de extrañar que que el consumo de energía eléctrica eléctrica en la minería minería del cobre haya vuelto a subir en 2014, alcanzando 23.128 GWh.
2.1.-Resultados del consumo de energía en la minería del cobre En la siguiente tabla se presentan los consumos consumos totales de energía en cada proceso minero asociados a combustibles y electricidad, tanto para el año 2011 como 2012 con su respectiva variación porcentual.
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3.- Red de Transmisión Eléctrica La red eléctrica es la encargada encargada de conducir la energía desde desde la estación de generación a los lugares de consumo, y está constituida por cables conductores, cuyos diámetros tienen relación con la distancia de transporte y la intensidad de la corriente. El mal dimensionamiento y uso de los conductores en una instalación eléctrica, puede generar cortes de suministro, riesgos de incendios o pérdidas de energía para realizar trabajo. El siguiente cuadro presenta valores de referencia que relaciona la potencia del motor, motor, con el amperaje y la sección adecuada del cable cable de conexión (válido para distancias de 300 m).
Potencia [HP]
1,5
3
5,5
7,5
10
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Corriente Nominal [A]
2,6
5,1
8,6
11,7
15,5
22
Sección del cable [mm2]
2,0 x 2,5
2,0 x 2,5
2,0 x 2,5
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Toda red debe disponer de una malla a tierra, lo que consiste en lo siguiente: La malla de tierra es un conjunto de conectores, que permiten conectar los equipos que componen una instalación a un medio de referencia, en este caso la tierra. Los objetivos de una malla a tierra son: 1.- Evitar tensiones peligrosas entre estructura, equipo y el terreno durante cortocircuitos a tierra o en condiciones normales. Se consideran Voltajes Voltajes seguros 65 Volt en ambientes secos de bajo riesgo eléctrico y 24 Volt en ambientes húmedos o de alto riesgo eléctricos. 2.- Evitar descargas eléctricas peligrosas durante condiciones normales de funcionamiento. 3.-Proporcionar un camino a tierra para las las corrientes inducidas, este camino debe ser lo más corto posible. El cálculo de la o las mallas mallas de tierra debe adjuntarse con el proyecto eléctrico
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4.- Sistemas intrínsecamente seguros (Fire Proof.) Se denomina intrínsecamente seguro (Flame Prof.) la condición de un circuito o aparato eléctrico que cumpla con los siguientes requisitos. No se inflame o explote al operar en un túnel de prueba con una atmósfera de 16% de Oxigeno, 64% de Nitrógeno, 14% de hidrógeno y 6% de metano o de 80% de aire comprimido y 20% de una mezcla de 70% de Hidrógeno y 30% de metano.
5.- Electricidad estática y corrientes vagabundas. La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto o cercanía de otro que puede estar cargado con cargas de otro signo o ser neutra como la tierra. El origen o rigen de esta acumulación de carga eléctrica, es el frotamiento de dos elementos semiconductores. Los voltajes que pueden alcanzarse en lugares secos son de varios miles de Volts. Las corrientes vagabundas son corrientes que pueden provenir de ferrocarriles eléctricos, pilas naturales galvánicas o de instalaciones defectuosas, y que viajan por conductores naturales de las rocas y producen corrosiones en materiales ferrosos y pueden ser responsables de iniciaciones prematuras de disparos eléctricos.
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6.- Descripción de los sistemas de abastecimiento de energía eléctrica El abastecimiento de energía eléctrica de una mina mina subterránea puede provenir provenir de dos tipos, un abastecimiento externo, que proviene del sistema interconectado de la zona y un abastecimiento propio que es generado por grupos electrógenos propios:
6.1.- Abastecimiento externo Se basa en conectarse a sistemas interconectados, ya sea Norte, Centro y actualmente Austral, cuyas líneas son entre 230 KVolt y 13 Kvolt en zonas rurales con contratos de suministros, con algunas de las Empresas productoras de Energía nacionales. La conexión se realiza mediante una Subestación, que debe poseer a lo menos de uno o varios transformadores, más un sistema de malla a tierra. Generalmente existe un respaldo con generadores que permite continuar las operaciones en caso de un corte de energía.
6.2.- Abastecimiento propio Se requiere tener grupos electrógenos (máquina que mueve un generador eléctrico a través de un motor de combustión interna) que abastecen de energía a mina y planta. Es normal su uso cuando la distancia a los sistemas interconectados es muy grande o en pequeña minería por no justificarse el costo de interconexión.
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7.- Electrific Electrificación ación en mineras subterráneas El ingreso de la energía eléctrica a una mina subterránea es con una red de mediana o baja tensión, siendo valores del orden de 4.000 Volt, para las minas medianas y mayores para minas grandes. grandes. La pequeña minería minería sólo usa baja tensión del orden de los 600 60 0 Volt. Todo tendido eléctrico deberá ir ubicado por la caja opuesta a la ubicación de las redes de agua y aire. En caso que esto no sea factible, deberá ubicarse en el techo o en un lugar de mayor altura que las redes de agua y aire. Los cables de ingreso y los de distribución en mediana y baja tensión deben ser recubiertos y certificado su aislamiento para la potencia que trasmitirán. Se deben manejar todas las características técnicas de los conductores y los gases que emiten por combustión o recalentamiento, para evitar que la cubierta del conductor emita gases nocivos para la salud. Las minas subterráneas pueden tener grandes profundidades y los cables eléctricos muchas veces se bajan por chimeneas o piques, deben adoptarse todas las medidas necesarias para proteger el material eléctrico durante esas bajadas u operaciones como las de cachorreas, reparaciones de galerías y otras semejantes. Es importante en el proyecto indicar las mallas a tierra por nivel, su cálculo y su conexión a la malla de tierra general de la faena. En un perfil transversal de una galería debe indicarse la ubicación de los cables eléctricos y su relación con las tuberías de aire y agua. Los transformadores en el interior de una mina subterránea no pueden ser del tipo bañado en aceite y su ubicación debe estar en una estocada con una puerta de malla para evitar la entrada de intrusos. Esta estocada debe estar a una cierta distancia de los puntos principales de trabajo, para evitar que una explosión del transformador produzca un accidente. En el caso de las minas que deben trasladar cada cierto tiempo la ubicación de los transformadores, debe indicarse en el proyecto las futuras ubicaciones y en caso de no conocerse estas nuevas ubicaciones, de ser posible indicar el criterio técnico definido para realizar los cambios.
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En toda faena minera donde se utilice energía eléctrica se deberá mantener planos y registros actualizados de todos los equipamientos y sistemas instalados como: sistemas, redes de alumbrado, sistemas de protección, descripción y características de los equipos de generación, distribución y también de aquellos de consumo. Además se deben instalar interruptores en el punto de suministro de toda la instalación temporal, estos medios de desconexión del circuito deben estar bloqueados y etiquetados en la posición abierta, mientras se realicen trabajos en una maquina o equipo. Toda maquina con equipo abierto debe contar con un extintor. Los cables portátiles de potencia no deben exceder los 750 V, todos estos cables instalados al interior de la mina no deben ser propagadores de llama y tener una baja emisión de humos. Cuando una mina es abandonada o deja de ser operada, deben desenergizarse todos los circuitos para evitar condiciones condiciones de riesgo para las personas. personas. Además se debe contar con un sistema de alumbrado de emergencia cuando exista la posibilidad de peligro.
Transformador en aceite
Transformador en seco 12
8.- Ventajas e inconvenientes de la energía eléctrica La energía de aire comprimido fue casi exclusiva hasta principios del siglo XX, momento en que la energía eléctrica empezó a utilizarse en instalaciones de exterior, con el tiempo fue introduciéndose en el interior hasta llegar a los embarques, salas de bombas, transportes ventilación y talleres de arranque. Ventajas
Desventajas
Rendimiento alto
Riesgo de electrocución
Aumento de potencia en maquinarias
Riesgo de incendio
Mayor fiabilidad
Riesgo de explosión
Utilización mas rápida de maquinarias
En el interior de la mina, donde existen atmósferas potencialmente explosivas, la utilización de la energía eléctrica necesita estar protegida con total seguridad.
8.1.- Riesgo de Electrocución Un hombre perfectamente aislado puede tocar sin riesgo un conductor ya que la corriente no atravesará su cuerpo por que no tiene por donde salir, una corriente eléctrica solamente circula en un circuito cerrado. Para que ocurra un accidente debe cometerse alguno de los siguientes errores: Tocar Tocar simultáneamente dos conductores diferentes ✓ Tocar Tocar un conductor mal aislado teniendo ✓
los pies descalzos o mojados
Se considera peligroso si posee o supera los siguientes valores Intensidad
Tensión
Tiempo
Corriente alterna
25 [mA]
25 [V]
0,2 [s]
Corriente continua
50 [mA]
50 [V]
0,2 [s]
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Para contrarrestar esta mayor peligrosidad se acude a dos medidas: Utilización de material blindado, de manera que todas las partes bajo tensión ✓ eléctrica queden fuera del alcance humano. Puesta a tierra de las envolventes metálicas de todos los aparatos. ✓
8.2.- Riesgo de Incendio Las causas que pueden originar un incendio en una instalación eléctrica son de dos tipos: Sobrecargas ✓ Cortocircuitos ✓ Para evitar las sobrecargas los componentes co mponentes de una instalación eléctrica se elegirán de acuerdo con el trabajo que vallan a realizar: Motores con la potencia necesaria ✓ Cables adecuados ✓ Todo equipo eléctrico está concebido para soportar una intensidad nominal bajo la Todo cual la temperatura alcanzada en funcionamiento no sea peligrosa para el personal ni para los materiales, se debe comprobar periódicamente el aislamiento de la red. Todo To do elemento que pueda estar sometido a una sobrecarga deberá estar dotado de un dispositivo que interrumpa el paso de corriente en todos sus conductores activos antes de que dicha carga pueda ocasionar un calentamiento en el circuito. Los circuitos eléctricos estarán protegidos por relés térmicos y fusibles.
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Los cortocircuitos se producen cuando se cierra bruscamente un circuito eléctrico sobre si mismo. Las protecciones deberán garantizar: Que todos los elementos de la instalación puedan soportar los esfuerzos ✓ electrodinámicos y térmicos producidos por las corrientes de cortocircuito durante el tiempo que puedan tardar los dispositivos de corte. Que se disponga de elementos automáticos que corten las corrientes de ✓ cortocircuito en un tiempo suficientemente breve para evitar cualquier riesgo de incendio. Que la intensidad mínima de cortocircuito sea capaz de accionar los ✓ dispositivos de corte. Como elementos de corte se emplean los disyuntores o interruptores automáticos y fusibles.
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9.- Reglamento de Seguridad Minera Titulo III: Explotación de Minas Subterráneas Capítulo Décimo: Sistemas Eléctricos Artículo 217 Todos los equipos eléctricos que se necesite introducir en la mina deben ser aprobados por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles •
Artículo 218 El administrador dará oportuno aviso al Servicio sobre: a) Las características de equipos eléctricos diferentes a los aprobados que se desee introducir en el interior de la mina, y b) Las modificaciones mayores que se introduzcan al proyecto original, en cuanto al cambio y reubicación de subestaciones principales, cambios de voltaje, frecuencia y, en general, todo cambio de tecnología, consumos y distribución que altere lo previamente autorizado. •
Artículo 219 Los cables multiconductores instalados en galerías deberán estar identificados de acuerdo a codificación de colores y a lo dispuesto por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. Cada cien metros de longitud o mayores distancias según se determine se colocarán marcas identificatorias que permitan su individualización. •
Artículo 220 Todo tendido eléctrico en una mina subterránea debe ir ubicado en cajas, opuesto a la ubicación de las redes de agua y de aire. En caso que esto no sea factible deberá ir ubicado en el techo o en un lugar mas alto que las redes antes mencionadas. •
Artículo 221 No podrán emplearse tensiones mayores a seiscientos (600) volts. en máquinas portátiles que vayan a usarse en sectores inmediatos a los frentes de trabajo o en los frentes mismos, o en galerías que sirvan de tránsito a las personas. Las tensiones superiores a seiscientos (600) volts. solo so lo se usarán para la transmisión de energía al interior de la mina, o para la alimentación de transformadores, motores estacionarios o aparatos en los cuales los enrollamientos que reciben dicha tensión sean fijos. •
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Artículo 222 Los alimentadores de tensión superior a seiscientos (600) volts. deben ser del tipo “armado”, con cubierta metálica protectora. Esta armadura deberá conectarse a tierra. Adicionalmente podrán usarse cables no armados siempre y cuando sus especificaciones técnicas controlen el riesgo de incendio (retardante de llama, gases no clorados, baja opacidad de los humos y no corrosivos) y garanticen plena aislación de la energía. En estos casos deberá solicitarse la autorización del Servicio. El Servicio tendrá un plazo de treinta (30) días para responder la solicitud, desde la fecha de presentación de ella en la Oficina de Parte. Los cables armados podrán instalarse bajo tierra o suspenderse en los costados de las galerías, en soportes diseñados para tal efecto. Se aceptarán cables alimentadores de tensión superior a seiscientos (600) volts., del tipo flexible, que lleven una malla metálica protectora concéntrica en cada fase. Dicha malla deberá conectarse a tierra. •
Artículo 223 En cada nivel electrificado deberá tenderse un cable de tierra, conectado eléctricamente al cable de tierra general de la faena minera. Las subestaciones (transformadores) y centros de de distribución de energía del nivel deberán conectarse a este cable de tierra del nivel, configurando la red o malla de tierra de éste. Toda maquinaria ja, línea férrea (ferrocarril no electrificado), cañerías de aire y de agua instaladas en el nivel, las estructuras metálicas y artefactos metálicos, deberán ir conectados eléctricamente al cable de tierra. •
Artículo 224 Las carcasas de los motores, de los generadores, de los transformadores y de los equipos de maniobras y las estructuras y bases en que estén montadas, deberán conectarse eléctricamente a la malla de tierra del nivel. La línea de tierra del nivel deberá ser eléctricamente independiente del retorno usado, donde exista tracción eléctrica. •
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Artículo 225 Las canalizaciones que cruzan áreas de tránsito deben estar a lo menos a dos metros diez centímetros (2,10 m) sobre el nivel del piso, o deben ser instaladas bajo tierra. Todas las redes eléctricas que deban pasar bajo tierra deben quedar debidamente protegidas y señalizadas. Artículo 226 En centros de distribución eléctrica, atendidos por personal, deberán mantenerse máscaras autónomas que permitan la inmediata y segura acción del operador, en caso de incendio. •
Artículo 227 Las subestaciones subterráneas deberán ser construidas de materiales incombustibles y estar provistas de elementos apropiados para extinción de incendios. •
Artículo 228 No deben instalarse, en minas subterráneas, transformadores con devanados sumergidos en aceites u otros líquidos aislantes cuya combustión genere humos o gases tóxicos. Instalaciones especiales, en cámaras herméticas y/o aisladas, podrán ser específicamente aprobadas aprobadas y autorizadas por el Servicio. El Servicio tendrá un plazo de treinta (30) días para responder la solicitud, desde la fecha de presentación de ella en la Oficina de Parte. •
Artículo 229 El voltaje nominal en circuito de trole reglamentado en esta parte (ferrocarriles eléctricos subterráneos), no podrá exceder los trescientos (300) volts. Sistemas con voltajes superiores a trescientos (300) volts deben ser autorizados por el Servicio. El Servicio tendrá un plazo de treinta (30) días para responder la solicitud, desde la fecha de presentación de ella en la Oficina de Parte. •
• Artículo 230
No podrán usarse, como vías de retorno de Ferrocarriles eléctricos subterráneos, cañerías de agua o de aire, estructuras, blindajes de cables eléctricos ni los cables de tierra.
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Artículo 231 Se deben colocar avisos avisos visibles o señales luminosas luminosas para prevenir la existencia de línea de contacto en los cruces y bifurcaciones de las galerías con Ferrocarril eléctrico subterráneo. •
Artículo 232 Los cables eléctricos cuya falla pueda generar humo, no deben tenderse por labores de ingreso de aire y, si no fuere posible aplicar esta norma, los cables deberán ser confinados en canalizaciones que eviten la propagación del humo. •
Artículo 233 En las galerías de de tracción con Ferrocarril eléctrico eléctrico subterráneo se desviará el agua procedente del techo, evitando que caiga sobre los hilos de contacto o los alimentadores. La misma medida deberá tomarse cuando existan redes eléctricas en la galería, evitando el mojado de los cables e instalaciones. •
Artículo 234 Los conductores utilizados para la la línea de trole o para los alimentadores, deberán instalarse aislados de modo tal que no puedan provocar incendio en la madera de fortificación. •
Artículo 235 Deben adoptarse todas las medidas necesarias para proteger el material eléctrico durante determinadas operaciones, como cachorreo, reparación de galerías y otras semejantes. •
Artículo 236 Cuando se emplee electricidad para la señalización, la tensión no deberá exceder de doscientos veinte (220) volts en cualquier circuito donde haya riesgos de contacto con personas. Los dispositivos de contacto que se empleen en la señalización deberán construirse en forma que se evite el cierre accidental del circuito. Los conductores de las instalaciones telefónicas y de señalización deberán estar protegidos contra cualquier contacto con otras canalizaciones y aparatos, y contra todo efecto de inducción. •
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Conclusión
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