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ELCTRICIDAD INDUSTRIAL
TRANSFORMADORES INDUSTRIALES
Un sistema de potencia es el conjunto de plantas de generacin de
energa elctrica, subestaciones de transformacin, lneas de
transmisin, equipo de control y medicin, dispositivos de proteccin
y cargas.
SISTEMA DE POTENCIA
Plantas geotrmicas Plantas hidroelctricas Subestaciones
elevadorasreductoras
QU ES UN TRANSFORMADOR ?
Es una mquina que convierte la energa elctrica de un circuito
primario con parmetros de voltaje y corriente , a otro circuito
secundario de voltaje y corriente de igual diferente valor,
manteniendo la frecuencia constante.
Circuitoprimario
Circuitosecundario
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NIVELES DE VOLTAJE
Generacin: (13.2,13.8,20) kv.Transmisin: (115,150,200,400)
kv.
Subtransmisin: (34,66,85,115,150,200) kv.
Distribucin: (13.2,13.8,23)kv.
Utilizacin: (220/127) volts. trifsico.(240-120) volts.
monofsico.
en la industria (220/127),(440/254),(480/277)volts.
SISTEMA DE POTENCIAUTILIZACIN
PEQUEAINDUSTRIA
L.DIST.
23kv
L.SUBT.L.T.
400kv. 115kv.
13.8kv.
220/127V.
COMPLEJOSINDUSTRIALES
ALUMBRADOPBLICO
SERVICIORESIDENCIALCENTROS
COMERCIALES,INDUSTRIA
G
ES IMPORTANTE EL TRANSFORMADOR ?
Para poder utilizar una potencia generada de un mva se requiere
como mnimo cuatro pasos de transformacin, que multiplicado por el
nmero de lneas existentes, se traduce en un nmero bastante grande
de transformadores instalados en el pas.
GeneracinElevacin
Reduccin ReduccinReduccin
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TIPOS DE TRANSFORMADORES
Subtransmisin y Transmisin en alta y media tensin.Se aplican en
subestaciones transformadoras centrales
Transformador de Potencia
transformadoras, centrales de generacin, grandes
usuarios.Potencia: 1.25 hasta 20 MVATensiones: 13.2, 33, 66, 133
kVFrecuencia: 50 y 60 Hz.
TIPOS DE TRANSFORMADORES
Potencias iguales inferiores a 500 kVATensiones iguales
inferiores a 67,000 VPara alimentacin de granjas,
Transformador de Distribucin
g j ,residencias, edificios almacenes pblicos, talleres y
centros comerciales.Intemperie interior en media tensinVariacin de
tensin con un conmutado exterior (sin carga)
TIPOS DE TRANSFORMADORES
Para uso en interior en espacios reducidosSe aplican en grandes
edificios,hospitales, industrias, minera, grandes
t i l
Transformador secos encapsulados en resina epoxi
centros comerciales.Refrigerados en aire con aislamiento clase
F.No requieren mantenimiento.Potencia: 100 hasta 2500 KVATensiones:
13.2, 15, 25, 33 y 35 kVFrecuencia: 50 y 60 Hz
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TIPOS DE TRANSFORMADORES
Intemperie o interior para media tensin en espacios reducidos.Se
aplican en zonas urbanas, industrias, minera,
l t i t l
Transformador Hermticos de llenado integral
explotaciones petroleras.Debido a que no llevan tanque de
expansin de aceite, no necesitan mantenimiento.No requieren
mantenimiento.Potencia: 100 hasta 1000 KVATensiones: 13.2, 15, 25,
33 y 35 kVFrecuencia: 50 y 60 Hz
TIPOS DE TRANSFORMADORES
Para instalacin monoposte en redes suburbanas unifilares,
bifilares y trifilares de7 6 13 2 y 15 kV
Transformadores Rurales
7.6, 13.2 y 15 kVEn redes trifilares se pueden utilizar
transformadores trifsicos o como alternativa 3 monofsicos.
TIPOS DE TRANSFORMADORES
Para instalacin en cmaras en cualquier nivel, donde hay
posibilidad de inmersinPotencia: 150 hasta
Transformadores Subterrneos
Potencia: 150 hasta 2000 KVATensiones: 15 24.2 KV (alta
tensin)216.5/125; 220/127; 380/220; 400/231 V (Baja tensin).
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TIPOS DE TRANSFORMADORES
El transformador incorpora componentes para proteccin del
sistema de distribucin contra sobrecargas, corto-circuitos en la
red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto
poseee fusibles de alta tensin y disyuntor de baja tensin, montados
internamente en
Transformadores Auto Protegidos
baja te s , o tados te a e te eel tanque, fusibles de alta
tensin y disyuntor de baja tensin. Para proteccin contra
sobretensiones eltransformador est provisto de dispositivo para
fijacin de pararrayos externos en el tanque.
Potencia: 45 a 150KVAAlta Tensin: 15 o 24,2KV
Baja Tensin: 380/220 o 220/127V
TIPOS DE TRANSFORMADORES
Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos
sistemas de transmisin de tensiones diferentes, frecuentemente con
un devanado terciario en tringulo. De manera parecida, los
autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores
de
AUTOTRANSFORMADORES
co o t a s o ado es e e ado es decentrales cuando s desea
alimentar dos sistemas de transporte diferentes. En este caso el
devanado terciario en tringulo es un devanado de plena capacidad
conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan
al devanado, autotransformador. El autotransformador no slo
presenta menores prdidas que el transformador normal, sino que su
menor tamao y peso permiten el transporte de potencias
superiores.
LA RELACIN DE TRANSFORMACIN
El valor de la corriente que induce en un transformador el
circuito PRIMARIO al SECUNDARIO, se relaciona con el nmero de
vueltas de que consta cada uno.
Ejemplo:* C* Circuito primario: 20 vueltas* Circuito secundario:
100 vueltas* Se alimenta por el lado de las 20 vueltas con un
voltaje de 10 volts.* En el lado secundario de 100 vueltas
tendremos 50 volts.* La relacin de transformacin es 20 a 100; o sea
5.
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LA RELACIN DE TRANSFORMACIN
Es la diferencia que existe en vueltas de undevanado a otro,
establecindose por consiguiente,una diferencia de tensin de acuerdo
con la misma.
Ejemplo.* Transformador cuyo devanado primario es de 1500
Transformador cuyo devanado primario es de 1500 vueltas* Se halla
alimentado por una tensin de 1500 volts* El devanado secundario
consta de 100 vueltas* La relacin de transformacin es: 1500/100=15*
Si el primario tiene 1500 volts, se divide esta cantidad entre 15 y
nos da: 1500/15=100 volts, que es el valor que nos dar el
secundario del transformador
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
Ncleo magntico. Conjunto delaminaciones de acero al silicio
debaja reluctancia, con arreglo detrayectoria cerrada por
dondecircula el flujo magntico.Devanado de baja tensin. Es laparte
del circuito elctrico,construido con cobre aluminio deconstruido
con cobre aluminio, denmero reducido de espiras, de bajaresistencia
ohmica y alta corriente,se conoce como secundario.Devanado de alta
tensin. Es la otraparte del circuito elctrico,construido de cobre,
de nmero altode espiras, de alta resistenciaohmica y baja
corriente; se nombraprimario.
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
PARTES DEL NCLEOEl ncleo magntico en transformadores de
distribucin, media potencia y potencia est formado bsicamente por
columnas y yugos, cuyo arreglo describe la trayectoria del circuito
magntico. Las columnas son las partes verticales; pueden ser de
diferente ancho dependiendo del tipo de ncleo, son rodeadas por el
devanado de baja tensin y de alta. Los yugos corresponden a las
partes horizontales, se denominan yugo inferior y superior.
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PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
TANQUETodos los transformadores de distribucin, media potencia y
potencia de un sistema elctrico, estn contenidos en un tanque de
lmina de acero, cuyo calibre y forma d di d d d l f b i tde diseo
depende del fabricante.
Si est sumergido en aceite debe estar perfectamente sellado para
evitar fugas, que contaminen el medio.
Las formas tpicas son: cilndrica, ovalada y rectangular.
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
OTROS EJEMPLOS DE TANQUE
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
ACEITE REFRIGERANTEEl transformador disipa calor y se extrae
tanto del ncleomagntico como de los devanados, por medio de
los(ductos) , por donde circula el medio refrigerante, aire en
lostransformadores tipo seco aceite mineral en los sumergidosen
l.
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PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
ACEITE REFRIGERANTEOtra funcin del medio refrigerante lquido es
proveer rigidezdielctrica. La rigidez dielctrica del aceite mineral
nuevo, nodebe ser menor de 30 KV en medidor de copa estndar
deelectrodos planos de seccin circular con dimetro de 25,4mm a una
separacin de 2.54 mm.
Especificaciones del aceite aislante fsicas, qumicas y
elctricas. de acuerdo a NOM-J-123.
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
MATERIALES AISLANTESLa forma de construccin de un transformador,
as como lasmagnitudes de los parmetros voltaje y corriente de
losdevanados, obligan a usar aislamientos idneos en cada unade sus
partes. Algunos de los ms comunes son:
Material Papel Cinta Madera Cartnmicarta manila fibra de
vidriopino lmina
espagueti pescado amarilla maple tubobarniz kraft algodn
arroz lino
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
MATERIALES AISLANTES1 Barrera de cartn.2 Conexin con espagueti
entre bobina y terminal de alta tensin.
3 Bobinas forradas con cinta amarilla.amarilla.4 Tubo de
cartn.
5 Terminal de alta tensin encintada.6 Separadores de madera.
7 Terminal de baja con cinta roja.8 Conexin entre bobinas con
spaguetti.
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PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
BOQUILLAS DE ALTA TENSIN EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN
1. Boquilla2. Adaptador3. Codo de frente muerto4. Cable aislado
de alta
tensin
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
CAMBIADOR DE DERIVACIONES (TAP)Accesorio monofsico trifsico que
modifica el voltaje de salidadel transformador, opera sin carga en
transformadores dedistribucin y baja potencia, el cambio de su
posicin es interno externo. En transformadores de gran capacidad su
operacin esautomtica.
Posicin Voltaje Voltaje Rel DePosicin Voltaje de A.T.
Voltaje de B.T.
Rel. De transf.
1 24150 127 190.15742 23575 127 185.62993 23000 127 181.10234
22425 127 176.57485 21850 127 172.0472
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
CAMBIADOR DE DERIVACIONES (TAP)
Palanca de cambiador de derivaciones de cinco posiciones
Cambiador trifsico
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PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
VLVULAS DE LLENADO, DRENAR Y DE MUESTREO
Accesorios para suministro y mantenimiento del
lquidorefrigerante del transformador de potencia.
1 Vlvula de llenado1 Vlvula de llenado2 Vlvula de drenar3 Vlvula
de muestreo4 Ducto derecho de alta tensin5 Ducto izquierdo de baja
tensin
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
RADIADORES TIPO OBLEA EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Los radiadores sonaccesoriosque complementanel rea necesaria
parael rea necesaria paradisipar el calorgenerado en elinterior
deltransformador. Losventiladores aceleranel enfriamiento ypermiten
aumentar lacapacidad base.
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
VENTILADORES PARA TRANSFORMADORES CON ENFRIAMIENTO FORZADO
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PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
APARATOS DE CONTROL Y MEDICINIndicador de temperatura con
dos
contactos de alarmaSe utiliza en transformadores,para circuitos
de alarma y/ en elcontrol de los sistemas decontrol de los sistemas
deenfriamiento forzado (OA/FA),funciona con la temperatura
delaceite mediante un elementobimetlico.La temperatura mxima
alcanzadapor el aceite se registra en laaguja roja y se restablece
una veztomada la lectura.
PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR
APARATOS DE CONTROL Y MEDICINVlvula de alivio de sobre
presiones
con diafragma de cristal
Se emplea en lost f dtransformadores,como medio paradesalojar
las presionesanormales que sepresentan en suinterior.
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA
En un transformadormonofsico cadadevanado tieneasociada un
fuerzaelectromotriz inducida,Ep y Es, la cualesestn en fase,
porquelas induce el mismoflujo.
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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAPolaridad. En un transformadores la
terminal donde entra lacorriente de la fuente y salehacia la
carga.Se marca el punto de polaridad
en alta tensin con la letra H1,t t i l dpunto negro asterisco y
el de
no polaridad por H2.Para la baja tensin X1, puntonegro asterisco
y no polaridadpor X2.Si se observa por baja tensin,las terminales
X1 y H1 si semarcan en el lado izquierdo esde polaridad
sustractiva.
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA
Si H1 esta en el ladoizquierdo y X1 en ellado derecho, visto
porbaja tensin elbaja tensin eltransformadorpresenta
polaridadaditiva.
DIAGRAMAS DE CONEXIONESTRANSFORMADOR
MONOFSICOUna relacin de
transformacin.
TRANSFORMADOR MONOFSICODos relaciones de transformacin.
a=VH1- H2/VX1- X2
a=VH1- H2/VX1- X2a1 , unin de 3 con 2 a2 , unin
de 1 con 3 y 2 con 4 La conexin se hace removiendo la
tapa registro,en la tablilla localizada en el castillo de
conexiones.
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DIAGRAMAS DE CONEXIONES (TRANSFORMADOR TRIFSICO)
DELTA-DELTA DE UNA RELACIN DE TRANSFORMACIN
Las conexiones trifsicas se obtienen cuando seinterconectan tres
transformadores monofsicos.La relacin de transformacin se define
con valores porfase.
a=VH1- H2/VX1- X2
ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS
EN PARALELORequisitos para un acoplamiento ptimo:
1.- Que sean de igual polaridad.2 Igual relacin de voltajes2.-
Igual relacin de voltajes.
Cuando a1 = a2 no existe diferencia de potencial entre los
transformadores.
No hay corriente circulante y V1 = V2 = Vbus
ACOPLAMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS
EN PARALELO
Si a1 es diferente de a2 se tiene una diferencia depotencial
entre los ellos que origina una corriente quecircula del que tiene
mayor voltaje al de menor.
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PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Bajo estndares internacionales: ANSI,DOBLE, ASTM, ICE, CIGRE,
etc.Las pr ebas q e se incl en Color
ANLISIS FSICO-QUMICOS AL ACEITE
-Las pruebas que se incluyen: Color,Rigidez dielctrica, Tensin
interfacial, No.De acidez, Gravedad especfica, Aspectovisual,
Sedimentos, Factor de potencia,contenido de humedad y determinacin
de% de humedad
PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Se detecta la descomposicin qumica del aceite- Comparable a una
prueba cardiaca de esfuerzo en elser humano
CROMATOGRAFA DE GASES DISUELTOS EN EL ACEITE
-Frecuencias de anlisis recomendadas:Distribucin en M.T. (300 a
3000 KVA): anualPotencia > 3 MVA alta tensin > 34.5 KV:
SemestralHornos de arco elctrico: TrimestralExtra alta tensin:
Trimestral menorPuesta en marcha: Antes y despus de energizar
PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Todo material que contiene Bifelinos Policlorados
enconcentracin mayor a 50 PPM es un residuopeligroso (RFNE1.1/04,
NOM-052-ECOLAB)- Debe ser descontaminado como medida deproteccin
ambiental
ANLISIS DE CONTENIDO DE PCBs
proteccin ambiental-PCB: es un hidrocarburo sinttico, con
contenido decloro, alto punto de inflamacin y estabilidad qumica-Se
conoce comnmente como ASKAREL-El manejo y disposicin de PCB
solamente puedeser realizado por empresas con autorizacin
delINSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGA
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PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Objetivo: comprobar que el aceite usado comolquido aislante,
cumpla con lasespecificaciones elctricas necesarias para serusadoI
t t d di i b d di it l
PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE
- Instrumento de medicin: probador digital oprobador de
copa-Norma de referencia:
NMX-J-123/1-ANCE-1999,NMX-J-123/2-ANCE-1999-Mtodo de prueba:
directo a la muestra conequipo de medicin, bajo la norma ASTM-D
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PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Procedimiento:El aceite de un transformador cumple con
2funciones elementales como lo son el enfriado yaislamiento de los
devanados elctricos paramejor su eficiencia y correcto
funcionamiento
PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE
mejor su eficiencia y correcto funcionamiento.Como el aislante
estar sometido a grandestensiones de operacin es necesario que
cumplacon una prueba de tensin disruptiva mnima quese pudiera
presentar y de este modo prevenirpercances que pudieran ser ms
costosos.
PRUEBAS A TRANSFORMADORES
-Procedimiento:PRUEBA DE RIGIDEZ DIELCTRICA AL ACEITE
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PRUEBAS A TRANSFORMADORES
Para un probador de rigidez dielctrica de electrodosplanos con
una separacin de 2.54 mm, el promedio de 5muestras de aceite deber
soportar favorablemente unatensin de 30 kV como mnimo para que sea
consideradocomo bueno para su uso. Adems la relacin de lades iacin
estndar de las 5 lect ras entre la media debe
CRITERIOS DE APROBACIN
desviacin estndar de las 5 lecturas entre la media debeser menor
a 0.1 para considerar la prueba comosatisfactoria, de lo contrario
se debern repetir laspruebas para otras 5 muestras. Para un
probador derigidez dielctrica de electrodos semiesfricos
conseparacin de 1.02 mm, una muestra de aceite debesoportar
favorablemente una tensin de 20 kV comomnimo para que sea
considerado como bueno para suuso.
PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RELACIN DE
TRANSFORMACIN-Objetivo: verificar que las relaciones
detransformacin para las diferentes posiciones del tapestn dentro
de la tolerancia de medicin- Instrumento de medicin: TTR-Norma de
referencia: IEEE C57.12.90-1993, NMX-J-116-1996-ANCE- Mtodo de
prueba: Mtodo del vltmetro, mtodo decomparacin y mtodo del
puente-El ms preciso de los tres es el mtodo del puentedado que no
se requiere un segundo transformadorpara la aplicacin de la
prueba
PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RELACIN DE
TRANSFORMACIN-Procedimiento:La relacin de transformacin es el
nmero de vueltasque lleva el devanado de alta tensin contra el
nmerode vueltas del devanado de baja tensin. Para
lostransformadores que tienen cambiador de derivaciones(taps) para
cambiar su relacin de voltaje, la relacinde transformacin se basa
en la comparacin entre elvoltaje nominal de referencia del devanado
respectivocontra el voltaje de operacin % de voltaje nominal alcual
est referido. La relacin de transformacin destos transformadores se
deber determinar paratodos los taps y para todo el devanado.
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PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RELACIN DE
TRANSFORMACIN-Procedimiento:Para la medicin con el TTR se debe
seguir el circuitobsico de la figura 1, cuando el detector DET est
enbalance, la relacin de transformacin es igual a R / R1.
PRUEBAS A TRANSFORMADORES
La tolerancia para la relacin detransformacin, medida cuando
eltransformador est sin carga debe
CRITERIOS DE APROBACIN
gser de 0.5% en todas susderivaciones.
PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RESISTENCIA DE
AISLAMIENTO-Objetivo: verificar que los aislamientos
deltransformador bajo prueba cumplen con laresistencia mnima
soportable bajo operacin, asmismo, comprobar la adecuada conexin
entre susdevanados y tierra- Instrumento de medicin: Depende de la
exactitudde la lectura que se desee-Norma de referencia:IEEE
C57.12.90-1993 , IEEE43-1974- Mtodo de prueba: Medicin directa con
elinstrumento de medicin (Megger)
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PRUEBAS A TRANSFORMADORESPRUEBA DE RESISTENCIA DE
AISLAMIENTO-Procedimiento:
MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE
TAPS-Reparaciones menores: son aquellas comunes yfactibles de
realizarse en campo a los componentesde un transformador y equipo
afn.- Donde se presentan las fallas:Cambiador de
derivacionesCambiador de derivaciones
*Bajo carga* Sin carga (desenergizado)
Transformadores de corriente* Ncleo y bobinas* Boquillas y
guas
Tanque principalTanque conservador
MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE TAPS-
Donde se presentan las fallas:Indicador de temperatura del
devanadoTermmetro de aceiteIndicador de temperatura del puntoTanque
conservador (Hot-spot)Rel de imagen trmicaRel BuchholzRel de presin
sbitaRadiadores y ventiladoresIndicadores de flujo y gabinetes de
controlVlvulas y purgas de aire
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MANTENIMIENTO A TRANSFORMADORESREVISIN DE CAMBIADORES DE TAPS-
Cambiador de derivaciones bajo carga:Revisar mecanismos de mando
comprobando susincronismoRevisar el diagrama de alambrado de
controlInspeccin limpieza y cambio de aceiteInspeccin, limpieza y
cambio de aceite-Cambiador de derivaciones sin
carga(desenergizado:Revisar mecanismos de mando sobre todo cuando
setrata de operacin en grupoRevisin de contactos y articulaciones
internasIndicadores de flujo y gabinetes de control