descargas parciales cui 20071625

8/9/2019 Descargas Parciales Cui 20071625

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE

SAN AGUSTIN

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA

ELECTRICA

INFORME

CURSO:

TECNICAS DE ALTA TENSION

TEMA DE INVESTIGACION:

DESCARGAS PARCIALES

PROFESOR:

ING. HOLGER MEZA DELGADO

ALUMNO

MAMANI RODRIGO ELMAN OSCAR

CUI

20071625

2014


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MAMANI RODRIGO ELMAN OSCAR Pgina 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE

SAN AGUSTIN AREQUIPA

FACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

DESCARGAS PARCIALES

PRESENTADO POR EL ALUMNO DE PREGRADO:

ELMAN OSCAR MAMANI RODRIGO

PARA OPTAR EL GRADO DE BACHILER DE

INGENIERIO ELECTRICISTA

AREQUIPA PERU

2014


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DEDICATORIA:Este trabajo la dedico a mi mama, por ser mi ejemplo de perseverancia y de lucha

Constante forma el pilar ms importante dentro mi vida personal y del inicio de mi

carrera universitaria

Y de manera general a mi hermana y dems familiares por ser un apoyo

incondicional.


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AGRADECIMIENTOS:Agradezco de forma especial a mi madre la seora Bonifacia Rodrigo Choque y a

mi hermana Lourdes Mamani Rodrigo al hacer de mi una persona perseverante y

alcanzar mis objetivos gracias a sus inculcaciones.


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INDICE

DEDICATORIA: ....................................................................................................... 2

AGRADECIMIENTOS: ............................................................................................ 3

1.- INTRODUCCION: DESCARGAS PARCIALES .................................................. 5

2.- DESCRIPCIN DEL FENMENO DE DESCARGAS PARCIALES .................. 5

2.1.-DESARROLLO TERICO ............................................................................ 5

2.2.- TIPOS DE DESCARGAS PARCIALES. .................................................... 12

2.3 ESTUDIO DEL FENMENO ESTOCSTICO DE DESCARGASPARCIALES. ...................................................................................................... 14

2.4 CARACTERSTICAS DE LAS DESCARGAS PARCIALES ......................... 17

3.-DIAGNOSTICO POR DESCARGAS PARCIALES EN GENERADORES YMOTORES ............................................................................................................ 17

3.1.-EL FACTOR DESCONOCIMIENTO: .......................................................... 18

3.2.-LOS MAGOS DE LAS DESCARGAS: ........................................................ 19

3.3.-LA NECESIDAD REAL DE MEDIR DESCARGAS PARCIALES: ............... 20

3.4.-EL DIAGNOSTICO DE ESTADO: SUS ETAPAS ....................................... 21

Primera Etapa: LA DETECCION .................................................................... 21

Segunda Etapa: LA INTERPRETACION ........................................................ 22

Tercera Etapa: EL DIAGNOSTICO ................................................................ 22

La tecnologa de FASE RESUELTA .............................................................. 23

4.- ULTRASONIDOS / EMISIN ACSTICA ........................................................ 32

CONCLUSIONES .................................................................................................. 35

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 36


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1.- INTRODUCCION: DESCARGAS PARCIALES

Las descargas parciales se producen por la degradacin de los materialesaislantes utilizados en la construccin de dispositivos elctricos. Los aislantes

pierden el nivel de aislamiento por causas de fatiga elctrica y contaminacin. Ladegradacin de los materiales aislantes conlleva a que se generen fallaselctricas.

Es importante detectar la degradacin de los materiales y su posible reemplazopara facilitar una operacin del sistema elctrico confiable.

Durante la segunda mitad del siglo XX ha habido un creciente inters en lamedicin de descargas parciales, ya que ha demostrado ser un buen indicador delestado de degradacin de los aislantes elctricos. De hecho, hay muchos

laboratorios en donde se monitoriza la actividad de descargas parciales. Paracontrastar con los datos existentes en las bibliografas sobre la degradacin de losaislantes y estudiar la probabilidad de fallo del objeto bajo ensayo.

Hoy en da, se asume en todos los niveles de investigacin elctrica, que unconocimiento adecuado del comportamiento de las descargas parciales en unaislante es muy ventajoso a la hora de determinar su vida til. Por ello, se handesarrollado e implementado rpidamente nuevas tecnologas para la deteccinde descargas parciales con tcnicas digitales.

2.- DESCRIPCIN DEL FENMENO DE DESCARGAS PARCIALES

2.1.-DESARROLLO TERICO

Una descarga parcial, como su propio nombre indica, es un fenmeno de roturaelctrica que est confinado y localizado en la regin de un medio aislante, entredos conductores que se encuentran a diferente potencial.


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La localizacin de la descarga puede ser la consecuencia de un aumento delcampo elctrico en un determinado espacio, relativamente pequeo, comparadocon las dimensiones del medio aislante. El aumento del campo puede ser debido acambios bruscos en la naturaleza del aislante, que pueden ser provocados porvacuolas en un medio slido o por espacios de gas entre las superficies de un

aislante con un conductor o con otro aislante.

El proceso de descargas parciales es caractersticamente pulsante y se manifiestacomo unos pulsos de corriente en un circuito externo; este proceso estacatalogado de estocstico porque sus propiedades son descritas en funcin devariables aleatorias dependientes del tiempo.:

En la figura anterior se observa la tpica representacin de PD en el diagramaelptico, junto con la forma pulsante del fenmeno.

Las descargas parciales se provocan en regiones donde exista, al menosparcialmente, molculas de gas. Estas regiones podran corresponder aoclusiones en slidos o burbujas formadas por la vaporizacin de un liquido.

El fenmeno de PD que tiene lugar en el aire alrededor de los conductores u otrosgases es denominado como corona.

Se debe recalcar que la presencia de una fase gaseosa es imprescindible para laformacin de PD. Aunque existen descargas parciales en lquidos, la formacin delcanal ionizado asociado requiere que el liquido se halla vaporizado antes, y que seformen cavidades gaseosas. Cuando la actividad de PD se realiza en aislantespolimricos esta normalmente asociada a la formacin de arboles que lo

degradan. Estos arboles estn compuestos por micro-canales de gases o de

material con baja densidad que puede ser rpidamente vaporizado. Un ejemplo deeste fenmeno se observa a continuacin.


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Otra condicin necesaria para la formacin de descargas parciales es que laporcin de volumen que contiene al gas electromagntico, como el aire, tenga uncoeficiente E/N de campo elctrico y gas, mayor que un valor crtico (E/N)cr en el

cual el coeficiente de ionizacin del gas i, iguala al coeficiente de fijacin deelectrones a.Esto asegura que el ratio de ionizacin por colisin de electrones esmayor que el ratio de fijacin de electrones a la molcula, lo cual es requerido parael crecimiento de la descarga. Si esta condicin es satisfecha, una descargaparcial puede ocurrir cuando un electrn es inyectado en este volumen. Esteelectrn inicial podra, por ejemplo, ser el resultado de una emisin del campo siste es suficientemente grande en la superficie.

Elctricamente, el volumen que comprende la cavidad en el dielctrico tiene sucircuito equivalente, representado a continuacin:


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En el circuito equivalente se observan tres capacidades diferentes en el aislante:

Cb representa la capacidad existente por encima y por debajo de lacavidad.

Cv muestra la capacidad de la vacuola.

Ca representa la capacidad del resto del aislante como si fuera una ramaen paralelo al camino de la cavidad.

Para que la descarga parcial sea detectable, la cantidad de carga formada(aproximadamente igual al nmero de electrones por la carga de cada electrn)durante el pulso de PD debe exceder un valor qc determinado por la sensibilidaddel circuito utilizado. Si, por ejemplo, qc = 0.05 pC, entonces el nmero deelectrones movilizados en la avalancha debe ser ne > 3105 .

Para valores de ne < 108, la descarga es esencialmente una avalancha deelectrones para la cual ne tiene un valor medio definido por:

Donde l es la longitud del camino seguido por la avalancha y dl es una parteinfinitesimal de esta longitud (esta ecuacin corresponde a una avalancha creadapor un solo electrn).

Cuando la avalancha tiene electrones se denomina una descargatipo Townsend, ya que fue este cientfico quien la estudi por primera vez y


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desarroll un modelo matemtico para el nmero de electrones movilizado por laavalancha:

En donde No es el nmero de electrones que inician la descarga, d es la distancia

entre los electrodos, Wi representa la energa de cada electrn, ees la constantedielctrica del material y es el primer coeficiente de Townsend que se define:

Siendo el segundo de los coeficientes deTownsend, que define la probabilidadde fallo del material y que depende de la geometra, del gas interior y de laprobabilidad de regeneracin de dicho gas.

Estas descargas tienen el siguiente espectro:

Sin embargo, cuando la avalancha supera el valor crtico de electrones, la

descarga se denomina de tipo Steamer, es una PD autoabastecida y mucho msdestructivo, tiene un espectro:


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En estudios posteriores se demostr que la velocidad de la avalancha es de

210^7 m/s, y que el campo elctrico debido a la descarga es:

Se concluye que las descargas Townsend se producen cuando la resistividad dela superficie est entre 10^8 10^9 /cm^2 y la constante de tiempo quedistribuye las cargas entre descargas debe ser:

Una avalancha de electrones es definida en este trabajo como una descargadonde el total de la carga ionizada del gas no es suficientemente grande paraperturbar significativamente el campo elctrico externo aplicado. Segn nosacercamos a un valor de ne = 10^8 (descarga Steamer), el campo producido porlas cargas en la avalancha puede ser comparable en magnitud al aplicado


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externamente. Bajo estas condiciones la descarga entra en una nueva fase en laque la PD puede ser autosostenida sin aplicar campo elctrico.

Desde que se asume que el fenmeno de PD se produce en un gas, unadescripcin de la fase gaseosa en el crecimiento de la descarga puede ser

aplicada generalmente en estos fenmenos.

Los primeros efectos en el borde del slido o liquido son:

1) Modificacin del campo elctrico local donde la ionizacin del gas tiene lugar y

2) En algunos casos, formacin de un electrn secundario en la superficie.

Ambas modificaciones podran ser debidas a la presencia de cargas superficialesformadas en descargas anteriores. Esta carga en la superficie del dielctricopuede tener un papel importante en la dinmica del crecimiento y extincin de

descargas posteriores. El efecto de la carga superficial ha sido consideradorecientemente para el desarrollo de modelos tericos de barreras de descargasparciales.

Usando mtodos de deteccin de banda ancha se ha observado que los pulsos dePD pueden tener una gran variedad de formas que dependen de la configuracindel campo elctrico, como del tipo y del gas que est presente.

Los pulsos de descargas parciales tpicamente, son de 3 a 300 ns de duracin, portanto, las PD entran dentro de la categora de descargas fras, en donde el gas

apena se ioniza y la energa media del electrn es mucho menor que la energamedia de la pesada molcula, por lo que en una escala tan reducida de tiempo elgas tiene muy poca oportunidad de calentarse.

El asumir que la descarga es fra est implcito en la ecuacin (1), ya que loscoeficientes de ionizacin y fijacin de electrones en el gas i y a dependen dela temperatura del gas, pero en este caso se han considerado constantes, por loque se supone que la temperatura tampoco vara.

El dao provocado al material aislante durante el proceso de descargas puede serdirecta o indirectamente realizado por el bombardeo de electrones energizados.

Incluso cuando la energa de cada descarga parcial es bastante pequea (menorde 1J), una parte importante de los electrones movilizados en la PD pueden tenerenergas superiores a 10 eV. Estos electrones de significativamente alta energapueden romper enlaces moleculares en un impacto, lo que provoca cambiosqumicos en el aislante, que influyen en el comportamiento estocstico de lasdescargas parciales.


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2.2.- TIPOS DE DESCARGAS PARCIALES.Atendiendo a la definicin de descargas parciales como un proceso de rupturadielctrica, en el cual el arco que se forma entre dos electrodos es de carcterparcial y transitorio, con un tiempo de duracin muy corto y de un bajo contenidoenergtico. Las descargas parciales se pueden caracterizar en tres tiposdependiendo de las propiedades del medio existente entre los electrodos:

PD externas

PD superficiales

PD internas.


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Las descargas parciales externas ocurren normalmente por el proceso deionizacin del aire contenido entre los electrodos y cuando el fenmeno comienzaa ser visible se llama efecto corona. Las descargas parciales superficiales se

producen en la superficie de contacto de dos materiales aislantes diferentes.Ambos tipos de descargas parciales se pueden modelar circuitalmente mediante elmismo circuito, ya que el fenmeno de las descargas ocurre de forma similar. Acontinuacin se muestra el circuito y la ecuacin caracterstica:

El resultado obtenido con el proceso de descargas parciales es el siguiente,aunque por supuesto, de forma terica:


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En el caso de descargas internas se adquieren las siguientes representaciones,

donde C3 representa la capacidad del dielctrico sin cavidades, C2 representa la

capacidad serie con la cavidad y C1 corresponde a la capacidad de la vacuola:

Este caso se ser detallado ms adelante, por ser el ms importante en el estudiode la degradacin de un aislante mediante descargas parciales.

2.3 ESTUDIO DEL FENMENO ESTOCSTICO DE DESCARGAS PARCIALES.Hasta hace pocos aos, la manera tradicional de analizar las PD consista enaveriguar cual era el nivel mnimo de campo elctrico que empezaba a provocarlas descargas, o en encontrar el valor medio de dichas descargas, medidas enpicoculombios.

Esto era una manera muy simplista de realizar el estudio, ya que soloproporcionaba una o dos medidas junto con las condiciones en que se realizaban


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los ensayos. Una vez obtenidos estos informes se intentaba predecir el nivelmedio de PD para un determinado campo en diferentes huecos de materialesslidos.

Aunque hay mucho que aprender de una visin determinista de la teora y medida

de descargas parciales, el hecho es que los pulsos del fenmeno soninherentemente estocsticos, debido a la variabilidad estadstica de suspropiedades, como la amplitud, forma y frecuencia.

Puede argumentarse que algunos procesos o pasos en la formacin de descargasparciales se pueden determinar, pero estos pasos son tan complejos y numerososque no se pueden controlar todos a la vez, por que sera un error tratarlos deforma determinista. El proceso de PD no es completamente aleatorio en el sentido,por ejemplo, de que no todos los intervalos de tiempo tienen la misma posibilidadde tener una descarga. Las variables aleatorias como la amplitud y frecuencia de

los pulsos descritas en el proceso pueden ser definidas por una distribucin deprobabilidad de un ancho determinado. Por tanto, una base fsica delcomportamiento estocstico del fenmeno de PD puede ser medida y analizadaapropiadamente de forma determinista.

El carcter estocstico de las descargas parciales reside en la naturaleza de lainiciacin y crecimiento de la descarga. Por ejemplo, un fotn o una emisin deelectrones inducida por el campo elctrico en una superficie puede iniciar unadescarga en un proceso que solo estara definido por la fsica cuntica y por tantode forma probabilstica. El choque entre un electrn y una molcula que provoca y

determina el proceso de PD tambin estn descritos en trminos de probabilidad,llamados colisiones a travs de secciones.

El coeficiente de ionizacin del gas en la ecuacin (1), representa la ionizacin atravs de secciones y es la media del comportamiento de muchos electrones amuy diferentes velocidades; por tanto, relacionado con la probabilidad de que unelectrn en su recorrido libre medio cause la ionizacin por colisin con unamolcula de gas, y esta probabilidad es funcin del cociente E/N:

Donde F(, E/N) es la funcin de distribucin de la energa cintica de un electrn,

que proporciona la probabilidad de que un electrn tenga una determinada energaen un intervalo definido (, +d). La funcin (E) proporciona la probabilidad de


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que un electrn tenga la energa suficiente para que al chocar con una molculaprovoque su ionizacin. M es la masa del electrn y W(E/N) es la media de lavelocidad del electrn. Por ltimo, t es la energa necesaria para la ionizacin.

La determinacin de estas funciones es realmente complicada, ya que debemos

aplicar la teora cuntica de electrones y los desarrollos numricos de la ecuacinde transporte de Boltzmann.

El coeficiente de ionizacin es un parmetro til en el modelado de crecimiento delas descargas, solo cuando se puede aplicar la ecuacin (2), y esta ecuacin tieneuna validez limitada en las primeras etapas de la descarga, cuando solo hay unospocos electrones con suficiente energa para ionizar el gas. En casos donde estecoeficiente no puede ser realmente hallado, uno debe buscar otros mtodos deprediccin como pueden ser los mtodos de Monte Carlo. Por ltimo, en esteestudio, se menciona los factores que pueden inferir en el comportamiento

estocstico de las PD:

1) La probabilidad de inyeccin de un electrn inicial como funcin del campoelctrico aplicado y su localizacin.

2) La dinmica de la carga de una superficie dielctrica.

3) Ratio de crecimiento de una descarga inducida en una cavidad en lquidos.

4) Los ratios de espacio ionizado generado por la descarga y/o la disipacin deespecies metaestables.

5) Fluctuaciones en la densidad y composicin del gas.

6) Presencia de radiaciones ionizantes, y

7) Memoria de propagacin de descargas debida a posibles PD anteriores.

En general, estos factores no son independientes, por ejemplo, la probabilidad deiniciacin de la descarga viene influida por la presencia de compuestosmetaestables, espacios ionizados, o por superficies cargadas de anterioresdescargas.

La presencia de memoria indica que el proceso de PD no es Markoviano, lo cualnos limita bastante a la hora de medir y predecir una descarga parcial. Tambinreduce ostensiblemente la reproducibilidad de los ensayos, as como susresultados.

Por tanto, se concluye este apartado con la idea de que el fenmeno de descargasparciales debe ser estudiado como un complejo proceso estocstico, el cual no


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esta todava adecuadamente descrito por modelos mtericos, excepto para loscasos ms simples.

2.4 CARACTERSTICAS DE LAS DESCARGAS PARCIALESComo se ha descrito en anteriores apartados, el fenmeno de descargas parciales

es un fenmeno estocstico y por tanto, para poder estudiarlo y analizarlodebemos obtener las distribuciones estadsticas de sus principales caractersticasen funcin del ngulo de fase del voltaje en que ocurren. Por esta razn se trabajacon tres distribuciones estadsticas:

3.-DIAGNOSTICO POR DESCARGAS PARCIALES EN GENERADORES YMOTORESPor lo general, las correctas mediciones de descargas parciales en grandesgeneradores, presentan como resultados, la existencia no de una, sino de

mltiples fuentes activas de degradacin (lugares / defectos), todas ellas actuandoen forma simultnea sobre la aislacin de una misma mquina.

Cada una de estas fuentes de degradacin, sern reconocidas o clasificadas porsu propia figura patrn; pero en una maquina real, todos estos distintos patrones

individuales - que representan unitariamente a cada defecto que posee, se


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superpondrn entre si, y quedarn ocultos tras un patrn resultante, mucho mscomplejo de identificar, y de ms difcil interpretacin.

En descargas parciales, y con el fin de llegar a un correcto diagnstico de estado,

todo profesional dedicado a realizar ensayos sobre grandes y modernas mquinasrotantes, tiene que ser capaz de discernir, clasificar e interpretar, todas y cada unade las distintas seales de enfermedad que la misma est presentando, lo cual

no es tan simple de conseguir con una sola medicin, y menos an hoy en da,mediante el uso de instrumentos con tecnologa bsica o antigua, como porejemplo los osciloscopios, y/ o mediante sus similares softwares del tipo PCScope.

3.1.-EL FACTOR DESCONOCIMIENTO:Un principio bsico de la especialidad, dice que: medir descargas parciales en

valores de nano-Coulombs, no es un sinnimo de diagnstico.

Al finalizar una medicin rutinaria de descargas parciales, el desconocimiento y lapracticidad urbana, intentan de alguna manera simplificar las cosas, realizando

por lo general tres preguntas bsicas:

1 Cuantos nano-Coulombs present la maquina?

2 Es eso mucho o poco?

3 Entonces la maquina est bien, o est mal?

Por el contrario, muy pocos supervisores o dueos de maquinas, hacen laspreguntas correctas y necesarias, al menos para formarse una idea inicial delestado de su maquina, y para constatar si las mediciones efectuadas han sido lascorrectas y requeridas.

Algunas de ellas seran:


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1 Cual ha sido la frecuencia de repeticin de las descargas ?.

2 Que patrones de descargas present y a que tensiones de prueba ?.

3 Que mecanismos de degradacin estn afectando a la aislacin en formaconjunta, y en que etapa de avance se encuentran cada uno de ellos?

4 Las mediciones han sido efectuadas en modo fase resuelta o no.

Debe tenerse en cuenta por ejemplo, que si esta ltima respuesta fuera NO,entonces quien ha realizado las mediciones, no estara NUNCA en condiciones deemitir un diagnstico de estado de una maquina tan aislantemente compleja,

como los es un generador sincrnico de gran potencia, ya que por mas expertoen el tema que se considere, no podra contar con la informacin suficiente y

necesaria para hacerlo.Muy pocos solicitantes de este servicio tienen en cuenta o conocen este detalle,pero sin embargo, siguen recibiendo complejos reportes sobre el supuestoestado de sus maquinas, pero en realidad, sin ningn sustento tcnico.

En las pginas siguientes se detalla la tcnica de adquisicin de datos mediantefase resuelta

3.2.-LOS MAGOS DE LAS DESCARGAS:Gracias al alto porcentaje de desconocimiento popular que existe sobre las

tcnicas de mediciones de descargas parciales, tomadas actualmente como untema de difcil interpretacin, y como algo que necesariamente hay que hacer,

pero que no se sabe bien el por qu, o como se realizan; los dueos o encargadosde grandes maquinas reciben de esta manera, unos informes magistrales, con

conclusiones basadas o surgidas de extraos grficos, tomados de la pantalla deun osciloscopio, pero que en definitiva no son mas que pequeas barras verticalesde distintas alturas, de las cuales, tras una profunda mirada de anlisis de estas

barras, el experto ofrecer una respuesta cientfica del estado del generador,

como quien leyera la borra de una taza de caf, o como el artista que intentadescribir que es lo que expresa una mancha en la pared, cuando para todos essimplemente una mancha.


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Lamentablemente, la realidad muestra la existencia en el mercado, de muchosinformes que fueron y son confeccionados bajo el amparo de este grado dedesconocimiento, crendose as el mbito ideal para una puesta en escena de unpseudo diagnstico.

Por lo tanto, la capacitacin del usuario/cliente/dueo, aun y como mnimo, en losprincipios bsicos de interpretacin de esta especialidad, resulta necesaria paraevitar que estas circunstancias sigan ocurriendo, ya que de lo contrario, nadie seatrever a discutir, opinar o refutar sobre lo que no sabe.

3.3.-LA NECESIDAD REAL DE MEDIR DESCARGAS PARCIALES:Principio:

La mayora de las fallas en generadores, son de naturaleza elctrica, aun cuandolas causas iniciales de las mismas no lo sean.

Por ejemplo, el aflojamiento de cuas (wedge lossnes), que por ende suele ser unproblema de origen mecnico, puede dar lugar a la erosin de las capas semi-conductoras en el bobinado del estator (bus bar), causando descargas parcialesen las ranuras, y finalmente una falla del tipo fase a tierra, o del tipo fase a fase.

Otro ejemplo sera el efecto combinado de las vibraciones y la erosin elctrica delaislamiento, que pueden dar lugar a una condicin en donde la tensin nominal dela mquina, no podr ser soportada (resistida) por el sistema aislante de lasbarras, momento en el que se producir una falla.


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Pero, en todos los casos, los niveles de descargas parciales tambin podrn sermedidos en cada momento del proceso de degradacin, el cual, en losgeneradores suele ser de una lenta evolucin, y los resultados pueden serutilizados para planificar el mantenimiento adecuado, o para decidir si esnecesario llevar adelante una operacin de rebobinado.

Este es el valor real que debe aportar un informe de diagnstico por descargasparciales, y es lo que realmente espera el contratante del mismo, o ms aun, eldueo de la mquina.

3.4.-EL DIAGNOSTICO DE ESTADO: SUS ETAPASPara la emisin de un correcto y profesional informe o protocolo de estado de

una mquina rotante, por medio de la aplicacin de las modernas tcnicas dedescargas parciales, se requiere bsicamente de tres etapas complementarias:

La primera es la deteccin.La segunda es la interpretacin de las seales obtenidas (figuras patrones en faseresuelta).

La tercera es finalmente el diagnstico de la condicin del generador.

Ninguna de ellas puede ser obviadaninguna de ellas puede ser tratada en formaindependiente o aislada. Todas ellas requieren de profesionalismo y del uso detecnologa compleja.

Primera Etapa: LA DETECCIONLa deteccin de las seales de descargas parciales es relativamente simple, ycualquier interesado, con un conocimiento bsico de electrnica podra llegar ahacerla. En resumen, se tratara primero de calibrar el sistema inyectando unaseal patrn, y de medir luego el resultado numrico..

Sin embargo, un resultado o lectura de la cantidad de descargas, expresado enunidades de nanocoulombs, o peor aun, en unidades de mili-volts, no ofreceninguna conclusin de diagnstico ., y ser solo un valor de referencia.

Mas all de los nano-coulombs, lo necesario aqu es la deteccin del patrn de

descargas de una maquina; no se trata de un nmero, si no de una imagen ofigura que contiene toda la informacin sobre todas la fuente activas de descargasque estn afectando a un generador. Cada una de ellas con un grado deinfluencia, mayor o menor, pero todas ellas atacando al mismo tiempo laestabilidad elctrica del sistema aislante.


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Este patrn de descargas, es el llamado patrn en fase resuelta ( q n), congrabacin de punto a punto, el cual brinda un panorama general del estadoelctrico de la maquina, pero obviamente expresado en un lenguaje grficocomplejo , que luego debe ser descifrado.

Lo importante aqu, es poder conocer si este patrn en fase resuelta, podra llegara ser obtenido con el sistema de medicin de descargas que se est empleando,el cual no siempre es el apropiado.

Segunda Etapa: LA INTERPRETACIONLa interpretacin de las seales de descargas parciales, requiere de importantesconocimientos sobre la construccin del generador, el diseo y tipo de aislamiento,las tcnicas de propagacin y atenuacin de las seales, modelos o patrones deestudio y de comparacin, y en especial, de un instrumental que permita realizarcomplejas y completas mediciones, sumado a una buena comprensin de su uso.

La etapa de interpretacin consiste bsicamente en la clasificacin e identificacinde los problemas que afectan a un generador, para lo cual se debe contar primerocon los elementos suficientes para la captura de datos y registros de variablesdurante las mediciones.

En forma redundante, lo importante en esta etapa, es la interpretacin del patrn

en fase resuelta ( q n); dado que en esta figura, estn ocultas,enmascaradas y/o superpuestas todas las respuestas, y que por eso es necesario,el descifrarlas primero.

Tercera Etapa: EL DIAGNOSTICOEl conocimiento sobre la condicin exacta de un generador, basado en lasmediciones de descargas parciales, se fundamenta en la tasa de degradacin

propia que posee cada mecanismo de degradacin (tipo de defecto), la cantidad

de cada uno de ellos (cantidad de cada tipo de defecto), sus niveles mximosaceptables, y en el tiempo acumulado para los que un generador podra llegar aestar expuesto a estos mecanismos, sin afectar o afectando su vida til.

Es por esto que se torna imprescindible el poder determinar todas estas variables.

Las tcnicas de diagnstico han avanzado sustancialmente en las ltimasdcadas, siguiendo el avance de la tecnologa de los aislantes y de losinstrumentos adquisidores de descargas, pero no obstante an, un diagnstico noes algo tan sencillo de confeccionar, a tal punto que los diferentes especialistas nosiempre estn de acuerdo sobre cuales son los niveles crticos, normales yaceptables de descargas, pero en lo que s estn todos de acuerdo, es en quemediante la simple medicin global en unidades de descargas (nano-coulomb), no


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es posible emitir un diagnostico conciente, si no mas bien, uno del tipoaproximado y aventurado.

Los parmetros globales, tales como la amplitud mxima de las descargas (nC), ola corriente total aparente, pueden ser utilizados como indicadores preliminares,

pero ellos por si solos, tienen una capacidad limitada para apoyar la identificaciny los niveles de las fuentes activas de descargas dentro de una mquina.

Cada tipo de descarga parcial (naturaleza /lugar de emisin), tiene su propia tasa

de degradacin de la maquina que la posee, y su propio nivel crtico. Antes de queuno pueda establecer estos niveles o tasas de degradacin, que debennecesariamente incluirse en la tercera etapa del proceso global de diagnstico, unespecialista debe primero tener que distinguir y reconocer, cada tipo de defectopresente en una misma medicin, para estudiarlos por separado

Esta identificacin de todas las fuentes productoras de descargas parciales en unamisma maquina, es la principal y necesaria herramienta para la emisin de unprotocolo de diagnstico.

Palabras tan frecuentes y ligeramente usadas como: la experiencia indica,

empleadas en un informe de diagnstico, para indicar si un parmetro de "xxnano-coulomb es crtico o aceptable, no tienen cabida ni sustento ante el avanceactual de la tecnologa, y menos aun, si este parmetro es tomado con unosciloscopio comn de mercado.

Para tener sustento valedero, las conclusiones de un diagnstico deben estar

basadas en normativas vigentes, al igual que los fallos judiciales lo hacenamparados en las leyes, y no en la supuesta experiencia de quien sabe quien.

Por lo tanto, para determinar el procedimiento de diagnstico de un generador,con un enfoque ms sistemtico, basado en los parmetros de descargas, y ensus niveles crticos, es necesario realizar un trabajo mayor, mediante la aplicacinde varias tcnicas de mediciones, entre ellas, la mas aceptada y actualizada, es ladenominada: mediciones en Fase Resuelta (PRPD en ingls), que contiene las

variables: q n. (ngulo de fase cantidad - conteo o frecuencia derepeticin).

La tecnologa de FASE RESUELTAPara mediciones de descargas parciales, es considerada como la herramientams poderosa para la identificacin del origen y actividad de las descargas. Adiferencia del uso de un osciloscopio, esta tcnica ha evolucionado a la par de laevolucin de los materiales aislantes empleados en la construccin de maquinas,y ha demostrado durante los ltimos aos, su fuerza para apoyar a los


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especialistas en la realizacin de mejores y mas completos diagnsticos de ungenerador.

La tcnica de FASE RESUELTA

Permite adems, mediante el uso de una completa base de datos, asociar yseparar cada tipo de fuente de descarga presente en una misma medicin,identificndolas mediante la comparacin de sus figuras (patrones de descargasen fase resuelta), con las correspondientes a la de su cdigo fuente (origen).

Basados en que las mediciones de descargas en generadores, presentangeneralmente como resultados, unas mltiples fuentes de DP (lugares / tipos dedefectos), todas ellas actuando en forma simultnea, y que cada una de suscaractersticas propias (figuras patrones individuales) se superponen u ocultan enel patrn o figura final obtenida, dando lugar a un patrn realmente complejo deinterpretar, la tcnica de

Fase Resuelta se presenta como una herramienta imprescindible para el anlisisde estas maquinas rotantes.

Si aun para un experto, es difcil distinguir si el patrn obtenido proviene de unafuente nica o de mltiples fuentes, no es poco imaginar lo que seria para alguienque no posee ni siquiera un sistema de medicin en fase resuelta, o para aquelque intenta medir con un simple osciloscopio, arribando por lo tanto a extraasconclusiones.

LA VISUALIZACION:La visualizacin de una actividad de DP (patrn o imagen de DP), es uno de losaspectos ms importantes para guiar y permitir al especialista, el efectuar unanlisis de dicha actividad, y para poder estimar su riesgo potencial (diagnstico).

La tradicional y antigua visualizacin de las descargas, en una pantalla deosciloscopio, ofrece una clara informacin de su posicin con respecto a la fase,pero no permite (imposible) detallar sobre la estructura interna de la actividad(fenmenos individuales superpuestos), o sobre la persistencia (count rate) deuna determinada actividad de DP.

Por lo tanto, y dado el carcter evolutivo y cambiante de la actividad de descargas,tanto en el tiempo (tiempo de ionizacin), como en funcin de la tensin deprueba, si no se poseyera un sistema de registro o de grabacin punto a punto(HOLD) del cambiante fenmeno durante la duracin de un ensayo, cualquierdiagnostico que se intente emitir, obtenido a travs de una pantalla de


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osciloscopio, por ms esfuerzo que se haga, no podr ser muy relevante, seguro,ni fundamentado.

Dado que la informacin presentada en la pantalla de un osciloscopio essolamente del tipo instantnea (puntual), y dado que los efectos de las descargasparciales son por el contrario, del tipo variable (cambiantes en todo momento, y enel orden de los nano-segundos), IEEE1434-2000 define con buen criterio, que lainformacin expresada en FASE RESUELTA, correspondera de alguna manera, ala sumatoria digitalizada de toda la informacin presente en la pantalla de unosciloscopio, pero a lo largo de todo el tiempo de ensayo.

Esto significa poder ver ahora, la totalidad del evento, que es en definitiva lo que

se busca durante un anlisis o diagnstico. Por ejemplo, si lo que ahora es 5 y enel prximo milisegundo es 7 3, entonces como se podra establecer unparmetro de referencia mediante un osciloscopio convencional.

Un patrn de descargas parciales en FASE RESUELTA, grfico qn, congrabacin acumulativa de los eventos, es el nico que puede ofrecer todas lasvariables necesarias para un anlisis: el conteo de distribucin de descargas(count rate), versus la fase de aparicin y su amplitud o valor de carga.

Un grfico tridimensional, puede ser obtenido en forma bidimensional,

estableciendo el conteo de las descargas, o eje Z, bajo una codificacin por color,que define de acuerdo a su intensidad, la frecuencia de repeticin o depersistencia de las mismas (real efecto erosivo sobre la zona de falla).


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La frecuencia de repeticin de una misma descarga, es un dato mucho ms

importante que su magnitud en nC, debido a que su persistencia es la que enrealidad determina el nivel de gravedad de un defecto. (persistencia de unadescargas = calor en el lugar del defecto = formacin de carbn en el lugar deldefecto = potencialidad de falla)

LA RESOLUCION:

Otro punto interesante para poder emitir un diagnstico, es la RESOLUCION delsistema de medicin empleado; mientras que en la figura de derecha (sistema demedicin de baja resolucin) solo es posible interpretar o estimar un patrngenrico de descargas internas (cuantas /cuales ?), en cambio, en la fig.izquierda, quedan claramente definidos, al menos cinco puntos individuales(defectos) que originan las descargas, identificados cada uno de ellos por susclsicos formatos senoidales, y por su grado de persistencia o severidad (color).


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Para tener una mejor idea de lo que significara la resolucin en materia dediagnstico, tomemos un ejemplo coloquial, de cmo se vera un mismo cuadro deFrancisco Guardi, con una definicin de 256 x256 (izquierda), comparado con unade 32 x 64 (derecha), y as poder determinar el grado de adivinanza de un

posible diagnstico a emitir, utilizando instrumentos no adecuados.

INVENTAR O IMAGINAR LAS CONCLUSIONES DE UN DIAGNOSTICO:

Tomemos como ejemplo aleatorio y prctico, un diagnstico volcado en unprotocolo real, emitido en este caso para la firma PAE, al igual que otros cientosque circulan actualmente.


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En el protocolo se expresan los resultados de las mediciones efectuadas sobre ungenerador sincrnico de 58.7 MVA /11,5Kv / 3000rpm; exhibiendo como base o

fundamento de ese diagnstico, la siguiente imagen (patrn) de descargasparciales, tomada durante los ensayos, y mediante el uso de un analizador deaislacin y un osciloscopio Kenwood de 20 Mhz.

Basado en el anlisis de esta simple figura, que representa un patrn de

descargas del tipo mili-volts / versus fase, realizado con un osciloscopio demercado y graficada mediante un software, el reporte se aventura a emitir lassiguientes seis (6) conclusiones (diagnstico de estado de la mquina), quepasaremos a tratar de interpretar, al menos cuatro de ellas, en forma

independiente y global:

Conclusin o diagnstico de estado segn el reporte (surgidas del anlisis de

esta figura):

1) El anlisis indica que se tratan de descargas parciales en oclusionesinternas..

2) algunas de ellas adyacentes al conductor

3) y superficiales por campos tangenciales, siendo las primeras las ms

importantes.

4) Tambin se detectan descargas parciales superficiales de zonas que hanperdido sus referencias a masa, y estn descargando a ella..

Realmente se demuestra aqu un poder de imaginacin, que sorprendera acualquier especialista en el tema. Cual o cuales de todas estas 100 barrasverticales correspondera a cada conclusin emitida?


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PASEMOS A EXPLICAR:

Como se dijo anteriormente, las mediciones de descargas en generadores,presentan como resultados, y en forma simultnea o acumulativa, unas mltiplesfuentes productoras de DP, (lugares / tipos de defectos), que todo diagnstico

intentar de alguna manera interpretar, y que no es una operacin sencilla, dadoque cada una de sus caractersticas propias (figuras patrones individuales), sesuperpondrn entre s, dando lugar a un complejo patrn o figura general. Escomo ir pintando sobre un mismo lienzo, un cuadro distinto, uno encima del otro, ydebemos por lo tanto descubrirlos a todos (figura final resultante).

Para el reporte en cuestin, esta figura final es entonces la siguiente, y en la cualel analista determina al menos 4 (cuatro) distintos tipos de defectos sobre el

generador:

Pero tratemos ahora de comprender como se veran graficadas en un patrnREAL de descargas, cada una de estas conclusiones que el reporte indica, tantoen forma independiente, como por ultimo en forma global: Nota: (las siguientesfiguras corresponden a patrones de descargas, de reconocimiento mundialacordes a IEEEIEC)


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Por ltimo, este sera el patrn final en fase resuelta, que correspondera alsupuesto Diagnstico del

Protocolo, pero dibujado realmente en forma acorde a normas internacionales:


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Comparando ambas imgenes, la impresa en el reporte, y la que realmentecorrespondera de acuerdo a sus conclusiones, es muy fcil determinar, que lasconclusiones emitidas en el protocolo, no tienen ninguna relacin ni fundamentode origen, con la bsica imagen de barras del mismo, y que el autor solo haestado tratando de inferir algn tipo de dictamen o diagnstico, basado tal vez en

el empirismo o en lo que el mismo denomina como lo que la experiencia

indica......

Cabe sealar que si intentramos realmente emitir un diagnstico basado en estaltima imagen, solo sera prudente deducir, que se tratara de seales del tiposimtricas; pero de all a inferir como conclusin de la misma, toda esasextensiones que se vuelcan en ese reporte:

El anlisis indica que se tratan de descargas parciales en oclusiones internas,algunas adyacentes al conductor, y superficiales por campos tangenciales,siendo las primeras las ms importantes. Tambin se detectan descargasparciales superficiales de zonas que han perdido sus referencias a masa y estndescargando a ella..

Sera entonces algo mas basado en las tcnicas del esoterismo que en lastcnicas de las descargas parciales.

Profundizando un poco mas, el reporte aclara tambin, que la mquina presenta

descargas eventuales del orden de los 10 nC, y para confirmar esto, dibujaentonces una barra vertical (una sola), de color verde en la mitad de cadasemiciclo, como puede verse en la figura anterior.

Esta casi infantil explicacin, altera al menos 5 principios de la medicionesnormalizadas (IEC 60270), pero lo mas llamativo, es como el autor, tal vez yaabusando del desconocimiento del cliente, intenta explicarle, que una nica

(lase unitaria - aislada) descarga, que segn el dibujo se enciende y se extingue


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en el mismo punto de encendido, pueda llegar a representar algo real dentro de unfenmeno caracterizado precisamente por la constante evolucin y cambio en eltiempo, y que esto es suficiente para justificar en su diagnstico: descargaseventuales de 10 nC.

Es de suponer tambin, que el nico motivo del color rojo y verde que se la hadado a cada barra vertical, ha sido el de tornar un poco ms interesante y difcil

al grfico.

Una vez ms, el desconocimiento del cliente, y la confianza que el mismodeposita en el experto, dan lugar an hoy en da a estos deslices.

4.- ULTRASONIDOS / EMISIN ACSTICATodos los equipos elctricos en funcionamiento producen una amplia gama de

sonidos. La alta frecuencia de los componentes ultrasnicos de estos sonidos sonde onda muy corta, y las seales de onda corta tienden a ser bastantedireccionales. Por lo tanto, es relativamente fcil aislar estas seales de los ruidosde fondo y detectar su ubicacin exacta. Adems, como comienzan a producirsecambios sutiles en los equipos elctricos y mecnicos, los ultrasonidos permiten aestas seales de peligro potencial ser descubiertas muy pronto, antes de quetenga lugar la muy probable avera.

Los instrumentos de ultrasonidos en el aire, a menudo denominados "traductoresultrasnicos", proporcionarn informacin de dos maneras:Cualitativamente,

debido a la capacidad de "escuchar" ultrasonidos a travs del aislamiento delruido, y Cuantitativamente, a travs de lecturas incrementales de la medida. Estose logra en la mayora de traductores ultrasnicos gracias a un procesoelectrnico llamado "heterodyning", que convierte con exactitud los ultrasonidoscaptados por el instrumento a sonidos de rango audible, que los usuarios puedenconocer y reconocer a travs de auriculares.

Aunque la capacidad para medir la intensidad sonora y ver los patrones esimportante, es igualmente importante ser capaz de "escuchar" los ultrasonidosproducidos por diferentes equipos. Eso es precisamente lo que hace que estos

instrumentos tan tiles, que permiten a los analistas confirmar un diagnsticosobre el terreno, sean capaces de discriminar entre diversos sonidos de diferentesequipos

La razn por la que los usuarios pueden determinar con exactitud la ubicacin deuna seal ultrasnica en una mquina se debe a su alta frecuencia /longitud deonda corta. La mayora de los sonidos captados por los seres humanos oscilanentre 20 Hz y 20 kHz (20 ciclos por segundo a 20.000 ciclos por segundo). Los


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sonidos de baja frecuencia en el rango audible miden aproximadamente 1,9 cm. a17 metros de longitud, mientras que los ultrasonidos percibidos por los traductoresmiden slo entre 0,3 - 1,6 cm de largo. Dado que las longitudes de onda de losultrasonidos son de menor magnitud, el rango ultrasnico es el ambiente mspropicio para localizar y aislar fuentes de problemas en entornos de planta alta.Subir

El uso de ultrasonidos / Emisin de ultrasonidos en descargas parciales

Las pruebas de ultrasonidos se usan a menudo para la evaluacin de tensionessuperiores a 1000 V, especialmente en lugares cerrados. Esto es especialmentetil en la identificacin de problemas de seguimiento. En lugares cerrados, lafrecuencia de rastreo es muy superior a la frecuencia de los errores graves, quepueden ser identificados utilizando tcnicas como la termografa.

Cuando la electricidad se fuga en las lneas de alta tensin o cuando salta a travsde una brecha en una conexin elctrica, perturba las molculas de aire a sualrededor y genera ultrasonidos. A menudo, estos sonidos se perciben como unsonido de fritura o crujidos, y en otras situaciones se escucha como un zumbido.

Existen problemas bsicos que pueden detectarse mediante ultrasonidos:

Corona: Cuando el voltaje en un conductor elctrico, como una antena de altatensin o lnea de transmisin, supera el valor umbral, el aire que lo rodeacomienza a ionizar para formar un resplandor azul o prpura. Sepa ms acerca delefecto corona y cmaras de efecto corona

Seguimiento: A menudo denominado "arco beb", sigue el camino del aislamientodaado.

Arcos: un arco se produce cuando la electricidad fluye a travs del espacio. Un

rayo es un buen ejemplo.

Las aplicaciones en alta tensin incluyen: aisladores, cables, interruptores, barrasbus, rels, contactores y cajas de derivacin. En subestaciones y componentes,tales como aisladores, transformadores y bujes, podr detectarse.

El mtodo de deteccin del arco elctrico y el efecto corona es similar alprocedimiento utilizado para detectar las emisiones acsticas de las fuentesmecnicas. En lugar de escuchar un chirrido, el usuario escucha un crepitar ozumbido. En algunos casos, como en el intento de localizar interferencias enfuente de radio y TV o en las subestaciones, la zona de perturbacin puede serlocalizada con un transistor de radio o un localizador de interferencias de bandaancha.


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Determinar si existe un problema o no es relativamente simple. Al comparar lacalidad del sonido y los niveles de sonido entre equipos similares, la diferencia desonido tiende a ser muy diferente. Alternativamente, tendencias a amplitudes deseal durante un perodo prolongado de tiempo, puede ser indicador de defectos.


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CONCLUSIONES

Las descargas parciales producen fallas en los circuitos elctricos se producen porla degradacin del material por fatiga y contaminacin.

Gracias al alto porcentaje de desconocimiento popular que existe sobre lastcnicas de mediciones de descargas parciales, los dueos o encargados degrandes maquinas reciben informes magistrales, con conclusiones basadas o

surgidas de extraos grficos, tomados de la pantalla de un osciloscopio, oprocesados mediante software, pero que en definitiva no son mas que unas

cuantas barras verticales de alturas aleatorias.

Quienes ofrecen una respuesta cientfica del estado de un generador, por mediodel anlisis de estos dibujos, nicamente pueden hacerlo bajo el amparo de este

grado de desconocimiento.Por lo tanto, la capacitacin del usuario/cliente/ supervisor o dueo de la mquina,sobre los principios bsicos de interpretacin de esta especialidad, resultasumamente necesaria para evitar que estas circunstancias sigan ocurriendo ennuestro mercado.

En la prctica, la deteccin de descargas parciales resulta muy til paradeterminar si el aislamiento de un equipo MV/HV est comenzando a degradarse.Por ejemplo, la Autoridad de Salud y Seguridad de Reino Unido ha publicadodirectrices aconsejando la comprobacin regular de la actividad de descarga

parcial en seccionadores mecnicos.2


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BIBLIOGRAFIA

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descargas parciales cui 20071625

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