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Electricidad Básica
Electricidad Básica
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Edición N°1
Lugar de Edición
INACAP Capacitación
Revisión N°0
Fecha de Revisión
Diciembre 2001
Número de Serie
MAT-0100-34-011 Página 0 de 41
ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
Í N D I C E
CONTENIDOS PÁGINA
LOS DISYUNTORES 8
EL PROTECTOR DIFERENCIAL 13
TIERRA DE PROTECCIÓN 16
LA RED DE TIERRA DE PROTECCIÓN 21
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ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
CAPÍTULO I / CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE UNA
INSTALACIÓN ELÉCTRICA
Durante su funcionamiento, toda instalación eléctrica puede presentar dos estados operativos: normal y
anormal.
El estado es normal cuando el voltaje, corriente, aislación, temperatura, etc. se encuentran dentro de los
márgenes preestablecidos.
El estado es anormal cuando uno o más parámetros se encuentran sobre o bajo los valores
preestablecidos (sobrevoltaje; corto circuitos; sobre temperatura; caída de voltaje, otros).
Perturbación y
Fallas
- Sobrecargas.
- Corto circuitos.
- Faltas de aislamiento.
PERTURBACIÓN
Es una anormalidad que tiene un tiempo breve de duración. Son ejemplos de perturbación, las
variaciones de voltaje, la partida de motores de gran potencia y las variaciones de frecuencia.
Por no constituir riesgo para la operación de la instalación ésta puede seguir en servicio.
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FALLAS
Son ejemplos de fallas: la pérdida de aislacion, sobrecarga permanente, corto circuito.
Debido a su gravedad constituye un riesgo para la integridad de las personas y/o de los equipos. Por esta
razón, la instalación debe quedar fuera de servicio en el menor tiempo posible.
Según la naturaleza y gravedad de las fallas se clasifican en sobrecargas, corto circuitos y fallas de
aislacion.
SOBRECARGA
Es toda magnitud de voltaje o corriente que supera el valor considerado normal (valor nominal).
Debido a esta situación de sobre exigencia, se produce en calentamiento excesivo de las líneas eléctricas
lo que puede terminar incendiando las aislaciones con el consiguiente riesgo de la propiedad involucrada.
CORTO CIRCUITO
Es la falla de mayor gravedad que puede darse para toda instalación eléctrica. Su origen está en la
unión de dos conductores a distinto nivel de potencial eléctrico (fase y neutro).
El nivel de corriente se eleva a rangos tan excesivos que genera, en los puntos de falla, fusión del
conductor eléctrico con el consiguiente riego de incendio del inmueble.
FALLA DE AISLACIÓN
El origen de esta falla está en el envejecimiento de las aislaciones, cortes mecánicos, mala ejecución de
las reparaciones, etc.
Si alguno de los elementos de la instalación eléctrica (conductores, equipos del sistema) pierde su
aislacion, las carcazas metálicas de los equipos, (usualmente desenergizadas), se electrifican, con el
siguiente peligro para la vida de las personas, las que pueden sufrir un shock eléctrico por contacto
indirecto.
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Elementos de protección en instalaciones eléctricas
En toda instalación eléctrica se debe considerar un sistema de protecciones destinado a entregar
seguridad a las personas y a los equipos.
Una instalación eléctrica no es concebida para que presente fallas de operación, pero existen condiciones
de tipo ambiental, de uso, sobrecargas, etc. que pueden generarlas.
Las protecciones están destinadas a minimizar los efectos de las fallas, de tal manera que al presentarse
alguna, la instalación dañada pueda ser aislada para su posterior reparación.
El alterar, sobredimensionar o eliminar una protección eléctrica, constituye una acción que atenta contra
la integridad de las personas y de las instalaciones.
Los fusibles.
Los disyuntores.
El protector diferencial.
El sistema tierra de protección.
Veamos en qué consiste cada uno de ellos y cuáles son sus características.
Los fusibles
Los fusibles son elementos de protección que desconectan con seguridad, corrientes de corto circuito y
sobrecargas permanentes.
Este elemento de protección, cuenta con un “hilo conductor” de bajo punto de fusión el que sustenta
entre dos cuerpos conductores en el interior de un envase cerámico o de vidrio que da la forma
característica al fusible.
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Para que este medio de protección sea efectivo, debe ser seleccionado teniendo presente las
características del consumo y de la instalación, en el punto donde el fusible se situará. Esto implica que
la magnitud de la corriente que lo hará operar, el tiempo en que dicha operación se producirá y la
capacidad de ruptura del fusible, deben ser las adecuadas para dicho consumo e instalación.
Es importante tener presente que un fusible utilizado en alumbrado, actúa para una corriente mínima
comprendida entre 1,6 a 2,0 veces la corriente nominal o de placa de dispositivo, como valor promedio.
Las características de operación de los fusibles, están dadas por las curvas tiempo-corriente y existe una
para cada tipo y capacidad de fusibles.
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La representación gráfica de estas curvas es la siguiente:
A.
A. Curva del
fusible
clase gL
B. B. Fusibles
rápidos
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C. C.
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rápido lento
Fusibles
FUNCIONAMIENTO SERVICIO
Denominación Corriente Corriente de interrupción Denominación Protección
g In / Imin gL Cables y
gR conductores
gB Semiconductores
equipos de minas
a in / 4 In aM Aparatos de
maniobra
aR Semiconductores
LOS DISYUNTORES
Se caracteriza porque puede realizar un elevado número de maniobras y, a diferencia del fusible, puede
ser utilizado nuevamente después del despeje de una falla.
El elemento térmico.
El elemento magnético
El elemento térmico está formado por un bimetal que al dilatarse por efecto del calor producido por el
exceso de corriente, opera el mecanismo de apertura del interruptor.
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El dibujo siguiente facilita la comprensión de este proceso.
El dispositivo térmico es de operación lenta y resulta muy apto para proteger sobrecargas.
En cuanto al elemento magnético, corresponde a una bobina que censa en todo momento el
comportamiento de la instalación. Esto, debido a que es recorrida por la corriente del circuito que
protege.
Al presentarse eventualmente una falla que lleve la magnitud de la corriente a valores muy elevados, la
bobina desarrolla un campo magnético de gran intensidad que atrae el mecanismo de “trip” o
desconexión del interruptor.
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Esto puede apreciarse en el esquema siguiente:
El elemento magnético es utilizado para la protección contra corto circuitos, debido a su característica de
operación.
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Veamos primero cómo está el conjunto térmico-magnético al interior de un disyuntor y luego la curva de
operación de un disyuntor.
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La curva que observamos anteriormente, refleja claramente la acción de la protección térmica (zona de
tiempo inverso) y la acción de la protección magnética (tiempo instantáneo).
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EL PROTECTOR DIFERENCIAL
Este dispositivo de protección está destinado a desenergizar un circuito cuando en el se presenta una
falla de aislacion.
Constituye un núcleo toroidal de material terromagnético, abrazado por dos bobinas que se asocian en
serie con el circuito protegido, más una bobina diferencial.
Esquema de principio de
un interruptor diferencial
∅ d = ∅1- ∅2
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Veamos cómo opera el protector diferencial.
Cuando la corriente que atraviesa la bobina 1 no es igual a la que recorre la bobina 2, se origina un
flujo diferencial ∅ D? 0.
Si este flujo equivale a la sensibilidad del dispositivo, actúa el mecanismo de desenganche, dejando fuera
de servicio el circuito o instalación eléctrica.
En este sistema de protección, todas las masas de los aparatos deben ser puestas a tierra.
R pt = Vs
ID
R pt = Vs
ID
Vs = Voltaje de seguridad
(Ambiente seco : 65 V)
Vs = 65 V
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ID = 30 m A valor característico
65
R pt = = 2166,7 (? )
30 * 10³
El uso de un protector diferencial, permite que la puesta a tierra tenga un valor relativamente alto, que
fácilmente puede ser logrado con un electrodo del tipo Copperweld.
Al circular a tierra una corriente de fuga IF / ID el protector actúa despejando el circuito (N).
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TIERRA DE PROTECCIÓN
En todas las instalaciones de baja tensión, y especialmente en aquellas de los edificios destinados a
vivienda, es necesario garantizar la seguridad de las personas que los habitarán, dotando a las
instalaciones de los mecanismos de protección que corresponda.
Cuando se trata de instalaciones a las que se conectarán una extensa serie de aparatos eléctricos, fijos y
móviles, metálicos o no metálicos, susceptibles de deterioro desde el punto de vista eléctrico, fundamental
la defensa contra los “contactos indirectos”.
Para evitar dichos contactos indirectos, hay una serie de sistemas de protección. Uno de los más
difundidos es el de tierra de protección.
El objetivo de la puesta a tierra, es asegurar que todo artefacto o consumo eléctrico, al entrar en falla de
aislacion sus carcazas o partes metálicas, no alcancen una tensión respecto a tierra mayor que los
niveles de “Tensión de Seguridad” VS.
Recordemos que Vs:
65 V en ambientes seco.
24 V en ambientes húmedos.
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Simbología eléctrica
La simbología eléctrica representa la estandarización de las figuras empleadas en la elaboración de
proyectos.
~
1.1 Corriente alterna 3.3 Artefacto fluorescente de
n tubos
1.2 Corriente continua _________ 3.4 Batería
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2.11 Cámara de registro 3.19 Gancho de una luz
2.12 Canalización subterránea 3.20 Gancho de n luces
2.13 Cruce HOJA DE NORMA N° 2
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Motor de corriente Poste de concreto con
3.35 4.2
continua extensión metálica
3.36 Motor de inducción 4.3 Poste de madera
Motor de inducción con Poste estructural
3.37 4.4
motor bobinado metálico
3.38 Partidor de motores 4.5 Poste tubular metálico
Portalámpara con caja de
3.39
derivación
Portalámpara con
3.40 HOJA DE NORMA N° 2
interruptor
3.41
Portalámpara de
emergencia
Portalámpara de
3.42 emergencia
SIMBOLOS ELÉCTRICOS PARA
autoenergizada PLANOS DE ARQUITECTURA
Portalámparas mural
3.44 NCH Elec. 2/84 Lámina 2 de 3
(aplique)
Portalámpara mural con
3.45
interruptor
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Las ilustraciones siguientes explican en forma más concreta los contactos indirectos.
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LA RED DE TIERRA DE PROTECCIÓN
“Toda pieza conductora que pertenezca a la instalación eléctrica, o forma parte de un campo eléctrico y
que no sea parte integrante del circuito, debe conectarse a una puesta a tierra de protección para evitar
tensiones de contacto peligrosas”.
Al diseñar puesta a tierra de protección se debe evitar la permanencia de tensiones de contacto en las
piezas conductoras no integrantes de los circuitos (carcazas).
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La resistencia de cada puesta a tierra de protección no debe exceder al siguiente valor.
}
Vs = Tensión de seguridad (65 V; 24 V)
Vs IN = Corriente nominal de la protección
R pt = 2,5 IN
Ejemplo: si Vs = 65 (V)
IN = 10 (A)
65
R pt = _____ = 2,6 (? )
2,5 * 10
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CAPÍTULO II / PELIGROSIDAD DE LA CORRIENTE
ELÉCTRICA
Con respecto al último aspecto, la resistencia eléctrica del cuerpo varía según las condiciones físicas y
psíquicas del sujeto y del estado de su piel (seca – mojada).
Se estima a la resistencia mínima del cuerpo humano en 3000 ? para baja tensión y de 1000 ? para alta
tensión, siendo estos valores un dato extremadamente variable.
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por parálisis de los centros nerviosos o a causa de fenómenos
secundarios.
En relación con este mismo tema, es útil analizar la curva de peligrosidad que representa la corriente
eléctrica para el cuerpo humano.
CURVA DE PELIGROSIDAD
TIEMPO (S)
CORRIENTE (Ma)
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Clasificación de los conductores eléctricos utilizados en
instalaciones eléctricas
Los conductores eléctricos se componen generalmente de tres partes muy diferenciadas.
De la forma como estén constituidas estas partes depende la clasificación de los conductores eléctricos.
Así tenemos:
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Las ilustraciones siguientes permiten apreciar aspectos de esta clasificación:
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Intensidad de corriente admisible para
Conductores aislados (secciones AWG)
Temperatura de servicio : 60° y 75° C
Temperatura ambiente : 30° C.
Sección Grupo A Grupo B
Nominal Temperatura de servicio Temperatura de servicio
60 ° C. 75° C. 50° C. 75° C.
0,32 3 3
0,51 5 5
0,82 7,5 7,5
1,31 10 10
2,08 15 15 20 20
3,31 20 20 25 25
5,26 30 30 40 40
8,36 40 40 55 65
13,30 55 65 80 95
21,15 70 85 105 125
26,67 80 100 120 145
33,62 95 115 140 170
42,41 110 130 165 195
53,49 125 150 195 230
67,42 145 175 225 265
85,01 165 200 260 310
107,2 195 230 300 360
127 215 255 340 405
152 240 285 375 445
177,3 260 310 420 505
202,7 280 355 455 545
253,4 320 380 515 620
304 355 420 575 690
354,7 385 460 630 755
380 400 475 655 785
405,4 410 490 680 815
456 435 520 730 870
506,7 455 545 780 935
633,4 495 590 890 1.065
760,1 520 625 980 1.175
886,7 545 650 1.070 1.280
1.013 560 665 1.155 1.385
GRUPO A : Hasta 3 conductores en tubo o en cable o directamente enterrados.
GRUPO B : Conductor simple al aire libre.
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Intensidad de corriente admisible para
Conductores aislados (secciones milimétricas)
Temperatura de servicio : 70° C
Temperatura ambiente : 30° C.
Sección Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Nominal MM2
0,75 12 15
1 11 15 19
1,5 15 19 23
2,5 20 25 32
4 25 34 42
6 33 44 54
10 45 61 73
16 61 82 98
25 83 108 129
35 103 134 158
50 132 167 197
70 164 207 244
95 197 249 291
120 235 291 343
150 ---- 327 382
185 ---- 374 436
240 ---- 442 516
300 ---- 510 595
400 ---- ---- 708
500 ---- ---- 809
GRUPO 1 Conductores monopolares tendidos en tubos. (por ejemplo NYA)
GRUPO 2 Conductores multipolares como los que tienen cubierta común y van en tubos metálicos,
conductores con cubierta de plomo; cables planos, cables móviles o portátiles, etc.
GRUPO 3 Conductores monopolares tendidos libremente en el aire, contándose como mínimo con un
Espacio entre conductores igual al diámetro del conductor, así como en el caso de distribución
alumbrados mediante conductores monopolares en instalaciones de maniobra de distribución
y de distribución de barras con salidas variables.
Como conclusión, en el dimensionamiento de los conductores, se deberá elegir la sección que resulte ser
mayor al aplicarle los dos criterios de cálculo.
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CAPÍTULO III / CIRCUITOS BÁSICOS DE ALUMBRADO
El circuito de alumbrado tiene por objetivo iluminar artificialmente un recinto en el que se realizan
actividades humanas.
Según su grado de complejidad y uso, los circuitos eléctricos de alumbrado se clasifican de la siguiente
forma:
Con el fin de lograr el nivel de iluminación requerida, se ha desarrollado una tecnología que considera la
intervención de determinados elementos.
De los elementos de iluminación existentes, los de mayor uso en instalac iones de alumbrado son las
lámparas incandescentes y las lámparas fluorescentes.
Lámpara incandescente
Este tipo de lámpara se compone de las siguientes partes:
Filamento
Es la parte más importante de la lámpara. Se fabrica de un metal (tungsteno o wolframio) que tiene un
punto de fusión muy alto (3.400°C) y en forma de hélices.
Ampolla
Es de vidrio e impide que el filamento entre en contacto con el oxígeno del aire para evitar que se queme.
Se vacía el aire del interior y se llena de un gas inerte (mezcla de argón y nitrógeno).
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Hilos conductores
Llevan la corriente desde el casquillo al filamento. Están hechos de hierro, níquel y cobre.
Soporte de vidrio
Casquillo
Es el soporte de la lámpara. A través de el penetra la corriente eléctrica. Está formado por la rosca y el
contacto central. Entre ambos hay un anillo de vidrio. Los hay de varios tipos, siendo los más comunes
de rosca y, entre éstos, el E-27.
Las figuras siguientes muestran las partes de una lámpara incandescentes y los tipos de casquillos que
comúnmente se utilizan.
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Diversos tipos de casquillos
Al paso de la corriente eléctrica, el filamento se calienta, alcanza una temperatura de 2.200°C, lo cual
hace que se ponga incandescente (color rojo blanco), emitiendo luz. Debido a esta temperatura, el
filamento sufre una pérdida de material por evaporación del mismo. Esto se evita en gran medida
enrollando el filamento en forma de hélice (simple, doble, etc.).
Casquillos, situados a ambos extremos del tubo y que soportan los filamentos (electrodos) o
contactos.
Filamentos o electrodos en espiral doble o triple de wolframio recubiertos de óxidos. Estos son
sustancias que emiten o liberan electrones a altas temperaturas.
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Las ilustraciones siguientes muestran las partes y principio de funcionamiento de un tubo o lámpara
fluorescente y los símbolos con que se representa.
EL BALASTO
Una sustancia de poliéster entre carcaza y núcleo como aislamiento y reductor de zumbido.
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La figura siguiente representa un balasto. Se pueden apreciar sus partes, la lectura que incluye en su
frente y el símbolo con que se le representa.
Este balasto es de los que normalmente se utilizan en montajes para tensión de red igual a la tensión de
cebado.
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EL CEBADOR
El cebador de destellos, conocido también como partidor, está constituido por dos electrodos o lámparas
separadas que se doblan y unen por la acción del calor. Están situadas dentro de una ampolla de vidrio
con gas neón a baja presión. Fuera de la ampolla se encuentra un condensador de pequeña capacidad
que tiene por misión absorber la energía de ruptura en la apertura de las láminas. Todo ello, a su vez,
está contenido en un cilindro de aluminio o plástico en cuya parte inferior se sitúan los contactos o patillas.
Al aplicarle tensión, une las laminillas cerrando el circuito durante un instante y dando paso a la corriente
a través de los filamentos del tubo. Su apertura origina que la reactancia produzca una sobretensión que
da a lugar a su vez, a la ionización o descarga en la lámpara.
En relación con los circuitos básicos de alumbrado, mencionados al inicio de esta unidad, se describen
sus características fundamentales y aplicaciones y se presentan en forma gráfica los esquemas prácticos
o de desarrollo y los unilineales.
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Circuito de efecto simple
El circuito 9/12, corresponde en alumbrado al esquema lámpara o grupo de lámparas que son
comandadas desde un solo interruptor de efecto simple.
Se aplica en todo tipo de instalaciones eléctricas de alumbrado tales como bodegas, dormitorios, cocinas,
etc.
ESQUEMA:
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Circuito de doble efecto (9/15)
Este circuito corresponde al esquema de dos lámparas o dos grupos de lámparas que son comandadas
independientemente desde un solo punto o placa interruptor.
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Circuito de triple efecto (9/32)
Se aplica para el control sectorizado de iluminación en recintos de alta densidad de lámparas tales como:
oficinas bancarias, locales comerciales y naves industriales.
ESQUEMA
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BASES
Las hay simples y compuestas. Están destinadas a fijar mecánicamente el tubo el partidor y
desenergizarlo eléctricamente.
ESQUEMAS
Individual.
En serie de dos lámparas.
En paralelo de dos lámparas.
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Conexión individual Conexión en serie de dos Conexión en paralelo
de una lámpara fluorescente lámparas fluorescentes (en dúo) de dos lámparas
fluorescentes
La característica de este circuito de alumbrado, está en la posibilidad de controlar desde dos puntos
diferentes, los estados ONN – OFF de un centro luminoso (lámpara o grupo de lámparas).
El uso de este tipo de circuito es indispensable en escaleras (dos o más pisos); pasillos largos;
habitaciones con doble acceso, etc.
ESQUEMA
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Circuito de enchufes
Este circuito tiene la característica de extender las líneas de alimentación (fase y neutro más tierra de
protección) hasta todos los puntos donde se requiera alimentación eléctrica.
Es importante tener presente que a lo menos debe existir un enchufe por cada 9 m. de perímetro o
fracción en cada habitación.
ESQUEMA
Circuito fluorescente
Según sea el tipo de equipo, el circuito de la lámpara fluorescente presenta algunas variaciones. Esto da
origen a la siguiente clasificación:
Equipo simple.
Equipos dobles.
- Con ballast simple.
- Con ballast compensados.
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COMPONENTES DE UN CIRCUITO FLUORESCENTE
Ballast
Partidor
Corresponde a un dispositivo “
interruptor” de neón que se
asocia en serie con los
filamentos del tubo, dando la
señal que permite que éstos se
calienten y encienda el tubo.
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