FICHA 23 1

ESPECIALIDAD: ELECTRICIDAD INDUSTRIAL 23

BLOQUE MODULAR: instalaciones eléctricas

MODULO INSTRUCCIONAL: Diseño de instalaciones eléctricas.

OBJETIVO: comprobar los conocimientos adquiridos acerca de las instalaciones eléctricas además de los elementos y requerimientos técnicos para su realización.

NOMBRE: Modulo: 2

FORMACION PRODUCCION Ficha No: 23

EJERCICIO TIPO: Realizar el diseño de una instalación eléctrica.

DISEÑO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS

INSTALACIONES RESIDENCIALES

Las instalaciones residenciales están destinadas a suplir las necesidades de energía eléctrica de los diversos tipos de vivienda. Para efectos del diseño de las instalaciones eléctricas se consideran los siguientes casos:

Viviendas unifamiliares Viviendas multifamiliares Viviendas urbanas Viviendas rurales Viviendas móviles

En nuestro país se construye una muy amplia gama de viviendas con requerimientos de instalaciones eléctricas muy disímiles que van desde soluciones mínimas, tanto habitacionales como de uso de los recursos energéticos disponibles, hasta grandes mansiones en las cuales se hace un uso intensivo de la energía eléctrica en todas sus diversas formas de aplicación, pasando necesariamente por la vivienda típica de uso generalizado con un uso moderado y racional de la electricidad. Para explicar el diseño de

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las instalaciones residenciales se toma como base una vivienda de tamaño medio que haga uso de las aplicaciones típicas de la energía eléctrica. METODOLOGIA DE DISEÑO

La metodología propuesta para el diseño de la instalación eléctrica consiste en realizar en forma ordenada una serie de pasos, basados en la aplicación de la Norma Icontec NTC 2050, lo cual garantiza que al finalizar los mismos se tenga un diseño correcto.

El arquitecto encargado del proyecto entrega al diseñador de las instalaciones eléctricas un conjunto de planos, que debe incluir:

1. Vista en planta de cada nivel, incluyendo áreas que hacen parte integral de la vivienda.

2. Detalles de localización y accesos. 3. Información sobre instalaciones hidráulicas y de gas. 4. Detalles constructivos, cortes, terminados. 5. Especificaciones básicas de diseño y construcción. 6. Aspiraciones del arquitecto y del propietario del proyecto.

SALA COMEDOR

GARAJE

BAÑO

COCINACUARTO 1CUARTO 2

PATIO ROPAS

16m

8m

Vista en planta de una vivienda unifamiliar de 128 metros cuadrados

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Paso 1. Localización del tablero de distribución

Para la localización del tablero de distribución se deben considerar entre otros los siguientes aspectos:

La localización de las cargas de mayor consumo. La distancia entre el sitio propuesto para la localización del tablero y el punto de

entrada del alimentador en el interior de la vivienda. La posibilidad de implementar las diversas aplicaciones de la domótica o

automatización casera existentes hoy en día y las que se puedan implementar en el futuro.

La posibilidad de implementar sistemas automáticos de control de la iluminación. La necesidad de tener acceso directo y oportuno a los diversos interruptores, tanto

para labores de mantenimiento como para cortes de emergencia de la electricidad. En cuanto a la distancia al punto de entrada del alimentador, algunas versiones del

NEC (Reglamento oficial estadounidense para instalaciones eléctricas) han recomendado que dicha distancia no sobrepase los 6 metros.

SALA COMEDOR

GARAJE

BAÑO

COCINACUARTO 1CUARTO 2

PATIO ROPAS

16m

8m

localización del tablero de distribución en planta

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Paso No 2. Localización de salidas

Las salidas a proyectar en la instalación residencial se clasifican en salidas de alumbrado y salidas de tomacorrientes. Para definir el número mínimo y la localización de las salidas se debe tener en cuenta la Parte C. de la misma Sección 210 de la NTC 2050, así:

Salidas de iluminación

Definidas por el artículo 210-70.a) y b) de la NTC 2050 el cual establece que se instalará al menos una salida para alumbrado controlada por un interruptor en cada cuarto habitable, cocinas, salas de baño, vestíbulos, escaleras, garajes integrados y accesos exteriores.

Los términos "al menos" indican una exigencia mínima de la norma; sin embargo, el diseño de la iluminación de la vivienda debe consultar las diversas tendencias y propuestas impulsadas por los expertos en decoración del hogar, muchas de las cuales se basan en el empleo de un número relativamente elevado de salidas de alumbrado de baja potencia, especialmente del tipo fluorescente compacta e incandescente halógena.

8m

Ejemplo de ubicación salidas de luminaria

Salidas de tomacorrientes

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Definidas por el artículo 210-52. de la NTC 2050 el cual establece que:

General:

En cada cocina, sala de estar, comedor, comedor, recibo, vestíbulo, biblioteca, terraza, dormitorio, cuarto de juegos o cualquier cuarto similar, las salidas de tomacorrientes deben estar dispuestas para que no hayan puntos en la longitud de pared a lo largo de la línea del piso que estén a más de 1,80 m, medidos horizontalmente, desde un tomacorriente en dicha superficie, esto incluyendo longitudes de paredes de 0,60 m o más de ancho. Las superficies de divisiones fijas de una habitación, como los mostradores de bares que se sostienen por sí mismos, deben incluirse al medir los 1,80 m. Los tomacorrientes deberán situarse a iguales distancias entre sí, siempre que sea posible.

Pequeños artefactos:

En la cocina, despensa y comedor auxiliar de las unidades de vivienda se deben prever las salidas de tomacorriente necesarias para pequeños artefactos incluido el equipo de refrigeración.

Mostradores:

En las áreas de cocina y comedores auxiliares se instalará una salida de tomacorriente en cada espacio de pared mayor a 0,30 m de longitud de mostrador y en tal forma que ningún punto a lo largo de la línea de la pared quede a más de 0,60 m, medidos horizontalmente, de una salida de tomacorriente. Los tramos de mostradores cuyos extremos estén separados por estufas, neveras o lavaderos se considerarán como espacios independientes. Los tomacorrientes para equipos fijados en su sitio que quedan inaccesibles no se tomarán en cuenta en el cálculo de los tomacorrientes requeridos.

Baños:

Se instalará al menos un tomacorriente de pared adyacente a cada lavamanos.

Salidas en exteriores:

Se instalará al menos una salida de tomacorriente en exteriores de unidades de vivienda unifamiliares y bifamiliares que lo requieran.

Zonas de lavandería:

En las zonas de lavandería de unidades de vivienda se instalará al menos una salida de tomacorriente, excepto cuando en un edificio existe lavandería comunal.

Sótanos y garajes:

Se instalará un tomacorriente, independiente del o los tomacorrientes con destinación específica.

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8m

Ejemplo de ubicación salidas tomacorrientes

Paso No 3. Definición de los circuitos ramales

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La Sección 100. Definiciones, de la NTC2050, define el circuito ramal como: Los conductores del circuito entre el dispositivo final de protección contra sobrecorriente y la salida o salidas, diferenciando:

Circuitos ramales de uso general Circuitos ramales para artefactos Circuitos ramales individuales Circuitos ramales multiconductores

Cálculo de los circuitos ramales

La Sección 220-2 de la NTC2050, establece el cálculo de los circuitos ramales para viviendas así:

Pequeños artefactos: La carga continua alimentada por un circuito ramal no debe ser mayor del 80% de la capacidad nominal del circuito.

Circuitos ramales necesarios

La Sección 220-4 de la NTC 2050, establece la definición de los circuitos ramales necesarios para viviendas así:

El número mínimo de circuitos ramales de alumbrado se determina a partir de la carga total calculada según el literal b) anterior y del tamaño o capacidad nominal de los circuitos utilizados. Así por ejemplo: Una vivienda de 128 m² requiere una carga mínima para alumbrado de128 m x 32 W/m = 4096 W; como 4096 W/110 V= 37.3 A; deberá contar con 3 circuitos ramales de 15 A cada uno o con 2 circuitos ramales de 20 A cada uno para alumbrado.

Circuitos ramales para pequeños artefactos: Además del número de circuitos ramales determinados anteriormente, se instalarán dos o más circuitos ramales de 20 A para todas las salidas de tomacorrientes para pequeños artefactos especificadas en el Artículo 210-52 de la NTC 2050, permitiéndose que uno o los dos circuitos ramales alimenten salidas para tomacorrientes en otros ambientes.

Se proveerá por lo menos un circuito ramal de 20 A para alimentar los tomacorrientes de los baños. Este circuito no debe alimentar otras salidas.

Se proveerá por lo menos un circuito ramal de 20 A para alimentar los tomacorrientes de la zona de lavandería. Este circuito no debe alimentar otras salidas.

El autor recomienda que al hacer la distribución de los circuitos de alumbrado se consideren los siguientes aspectos:

La posibilidad de implementar la automatización de la iluminación y de algunos artefactos.

La necesidad de reducir la radiointerferencia entre los elementos que la producen, como balastos y motores, y los equipos sensibles a la misma, especialmente los equipos electrónicos.

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Sin embargo, en la instalación eléctrica de una unidad de vivienda no sólo se tienen bombillas y tomacorrientes de propósito general, además, se deben tener en cuenta las corrientes de los aparatos que consumen una cantidad importante de potencia. Para este ejemplo y como referencia, la siguiente tabla muestra datos obtenidos de boletines de algunos operadores de red, los cuales contienen información acerca de la potencia que consumen algunos de los aparatos que pueden estar presentes en una vivienda. Para cada caso específico se debe verificar los valores de potencia, en la placa de características eléctricas de cada equipo.

Los circuitos ramales se deben numerar en forma consecutiva y ordenada.

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CIRCUITO

PROTECCION

ZONAS

BOMBILLAS

TOMAS

1

ALUMBRADO GENERAL 1

20A

ANTE JARDIN 3X0.83 A

GARAJE

3X0.6 A 2X1.5 A

SALA COMEDOR

7X0.83 3X1.5 A

BAÑO

1X0.83 CIRCUITO INDEPENDIENTE

2

ALUMBRADO GENERAL 2

20A

COCINA 2X0.83 A CIRCUITO INDEPENDIENTE

CUARTO 1 2X0.83 A 2X1.5 A

CUARTO 2 2X0.83 A 2X1.5 A

PATIO 3X0.83 A 2X1.5 A

3 CIRCUITO BAÑO

40A BAÑO

2X1.5 A SALIDA DUCHA

4

PEQUEÑOS APARATOS

20A

SALA

3

COCINA 3

5

LAVADORA Y

PLANCHA

20A

PATIO

1

6

CIRCUITO TRIFASICO ESPECIAL

40A

GARAJE

2

PATIO 2

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16m

8m

1 1 1

1

11

1

11

1

11

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

22 2 2

2

2

2

2 2 2

3

3

4

4

4

4

4

4

56 6

6

6

Ejemplo del diseño de los circuitos ramales en una vivienda

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Paso No 4. Trayectorias de los circuitos ramales

En cada plano se deben trazar detalladamente cada una de las trayectorias que deben recorrer los circuitos ramales correspondientes. Para ello se definen las siguientes pautas

16m

8m

1 1 1

1

11

1

11

1

11

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

22 2 2

2

2

2

2 2 2

3

3

4

4

4

4

4

4

56 6

6

6

s2

s2

s2 s2

s2

s2

s2

s2 s2 s2

s2

s2

s2s2

Ejemplo del trazado de las trayectorias para los circuitos ramales en una vivienda

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1. En instalaciones residenciales es típico, pero no excluyente, el empleo de los cielos para localizar los soportes o las canalizaciones que van hacia las salidas de lámparas y el empleo de los pisos para localizar las canalizaciones que van hacia los tomacorrientes.

2. Para canalizaciones incrustadas la canalización se debe trazar de salida a salida, no se deben hacer tomas o derivaciones de tramos intermedios de la canalización a menos que se haga desde una caja de conexiones que vaya a estar siempre accesible.

3. Las trayectorias que alimentan circuitos alejados del tablero de distribución se pueden indicar mediante flechas que señalen en dicha dirección.

4. Al delinear una trayectoria, se debe revisar cuidadosamente para evitar trazados no adecuados, vueltas innecesarias o de imposible o muy difícil ejecución.

Paso No 5. Cálculo de los conductores de los circuitos ramales - Selección del tamaño de la canalización

El Artículo 210-19 de la Norma NTC 2050 establece las capacidades de corriente y tamaños mínimos de los conductores de circuitos ramales.

Los conductores de los circuitos ramales deben tener una capacidad de corriente no inferior a la carga máxima que van a alimentar. Los conductores de circuitos ramales con varias salidas que alimenten tomacorrientes para cargas portátiles conectadas con cordón y clavija, deben tener una capacidad de corriente no inferior a la corriente nominal del circuito ramal.

Los conductores de circuitos ramales que alimenten estufas domésticas, hornos montados en la pared, estufas de sobreponer y otros artefactos de cocina domésticos, deben tener una capacidad de corriente no inferior a la corriente nominal del circuito ramal y no inferior a la carga máxima que debe alimentar. Para estufas de 8,75 kW o más la corriente nominal mínima del circuito ramal debe ser 40 A.

La secuencia lógica para el diseño de una instalación eléctrica en baja tensión es la ejecución de este paso. Dada la extensa experiencia y la normalización alcanzada en el diseño, tanto arquitectónico como de instalaciones eléctricas, no se debe hablar de un cálculo de los conductores de los circuitos ramales ya que los mismos han sido utilizados a lo largo de mucho tiempo y son de amplio dominio por parte de los diseñadores e instaladores; en este caso se hace una simple y repetitiva selección de los conductores para las viviendas típicas.

La selección de los conductores depende, entre otros aspectos ya descritos, del tipo de canalización empleado; para cada uno de ellos existen tablas que facilitan la correcta selección de los conductores.

Para viviendas típicas que emplean canalizaciones en tubería se emplea la Tabla 310-16, bajo las siguientes restricciones:

1. Temperatura ambiente 30°C. 2. Conductores aislados para tensión nominal hasta 2000 V. 3. Temperatura del conductor 60°C, 75°C y 90°C.

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4. Hasta 3 conductores por canalización o cable.

Corriente nominal del circuito 15A 20A 30A 40A 50A

Protección contra sobre corriente

15A 20A 30A 40A 50A

Calibre mínimo del conductor 14 AWG 12 AWG 10 AWG 8 AWG 6 AWG

Dispositivos de salida cualquiera cualquiera pesado pesado pesado

Calibre mínimo de conductores según la corriente

NUMERO DE CONDUCTORES PORTADORES DE

CORRIENTE

PORCENTAJE DE VALOR DE LAS TABLAS, AJUSTADO PARA LA TEMPERATURA

AMBIENTE SI FUERA NECESARIO

De 4 a 6 80%

De 7 a 9 70%

De 10 a 20 50%

Perdidas de los conductores en canalizaciones con mas de 3 cables

Aplicación de la Tabla 310-16 de la NTC 2050.

Para viviendas típicas los circuitos ramales de 15 y 20 A, pueden ser alambrados en conductor de cobre con sección transversal de 3,30 mm² (No 12 AWG), aislamiento TW, 60°C.

Para viviendas típicas los circuitos ramales de 30 A, pueden ser alambrados en conductor de cobre con sección transversal de 5,25 mm² (No 10 AWG), aislamiento TW, 60°C.

Para viviendas típicas los circuitos ramales de 40 A, pueden ser alambrados en conductor de cobre con sección transversal de 8,36 mm² (No 8 AWG), aislamiento TW, 60°C.

CALCULO DE LA INSTALACIÓN RESIDENCIAL

Los cálculos de la instalación residencial incluyen la elaboración de:

Cuadros de circuitos ramales, cargas conectadas, áreas servidas y equilibrio de fases. Cálculo de la demanda. Cálculo de los conductores de la acometida. Selección del equipo de acometida.

Cálculo de la demanda

La norma NTC 2050, plantea varias alternativas para el cálculo de la demanda de una

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instalación residencial. La primera de ellas está basada fundamentalmente en los Artículos 220-11, 220-15, 220-16, 220-18 y 220-19, que aplicados a este caso se tiene:

Área de la vivienda medida según el Artículo 220-3 (b): 128 m² Carga de iluminación según Tabla 220-3 (b): 32 VA/m²

Carga de alumbrado 128m x 32 VA 4096 VA

Carga nominal pequeños artefactos 6000 VA

Carga lavandería 1500 VA

Carga estufa 8000 VA

TOTAL 19596 VA

EJEMPLO DE CUADRO DE CALCULOS

La demanda de iluminación y artefactos, la secadora y la estufa según los Artículos 220-11, 220-16 (a) y (b), y las Tabla 220-11, 220-18 y 220-19, es:

primeros Tabla 220-11 3000VA 100% 3000VA

resto Tabla 220-11

8596VA

35% 2800VA

Demanda estufa Tabla 220-19 8000VA 100% 8000VA

DEMANDA TOTAL DE LA VIVIVENDA 13800VA

Cálculo de los conductores de la acometida

La selección de los conductores de la acometida debe considerar inicialmente la forma de acometida, ya sea aérea o subterránea. En el caso de acometidas aéreas se debe aplicar la Parte B. de la Sección 230 de la Norma NTC 2050: Conductores de acometida aérea y en el caso de acometidas subterráneas se debe aplicar la parte C. de la Sección 230 de la NTC 2050: Conductores de acometida subterránea.

La selección de la sección transversal o calibre y la capacidad de corriente del conductor está determinada en el Artículo 230-2 de la Norma NTC 2050. La capacidad de corriente se determina según el Artículo 310-15 y las Tablas 310-16 a 310-19, así:

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La corriente de diseño de la acometida es:

AI

I

5.38

2083

13800

En este caso para una acometida subterránea, la Tabla 310-16 permite utilizar conductor de cobre con una sección de 13,29 mm² (No 8 AWG), con aislamiento USE o equivalente, tanto para los conductores activos como para el conductor puesto a tierra o neutro.

La canalización para conductores de acometida se debe realizar por alguno de los medios reconocidos en el Artículo 230-43 de la NTC 2050.

Selección de equipo de acometida

Los equipos de acometida definen el punto de separación entre los conductores de entrada de la acometida y el o los alimentadores de la instalación. El equipo de acometida está compuesto básicamente por el equipo de medida, la protección contra sobrecorriente y los medios de desconexión. Los equipos de acometida se deben instalar según los requerimientos de las Partes E., F., y G. de la Sección 230 de la Norma NTC 2050, para acometidas hasta 600 Voltios y la Parte H de la misma Sección para acometidas a más de 600 Voltios.

B. Medios de desconexión

El medio de desconexión de la acometida se debe instalar en un lugar fácilmente accesible, fuera de la edificación o dentro de ella, lo más cerca posible del punto de entrada de los conductores de acometida. Todos los medios de desconexión de la acometida deben llevar rótulos permanentes que lo identifiquen como tal y que permitan identificar la acometida a la cual corresponde. Igualmente deben señalar claramente la condición de abierto o cerrado

Protección contra sobrecorriente

Todos los conductores de acometida no conectados a tierra deben ser protegidos contra sobrecorriente. El dispositivo de protección contra sobrecorriente debe formar parte integral del medio de desconexión de la acometida o estar situado inmediatamente al lado del mismo. El equipo de protección de la acometida debe proteger todos los circuitos y artefactos de la instalación.

INSTALACIONES COMERCIALES

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Las instalaciones comerciales están destinadas a suplir las necesidades de energía eléctrica para locales y centros comerciales, edificios de oficinas, hoteles, centros educativos, edificios institucionales, iglesias, terminales de transporte terrestres o aéreo, sedes gubernamentales, hospitales, teatros, escenarios deportivos y en general todos aquellos edificios donde se presenta flujo o acumulación de personas.

Las instalaciones comerciales comprenden los siguientes sistemas eléctricos:

1. Sistema de iluminación, incluye la iluminación interior y exterior tanto la exigida de acuerdo a la destinación del edificio o local como la iluminación decorativa.

2. Sistema de transporte: Ascensores, escaleras eléctricas, bandas transportadoras. 3. Sistema de aire acondicionado, ventilación y calefacción. 4. Sistema de refrigeración y conservación de alimentos 5. Sistema de cocción y preparación de alimentos. 6. Sistema eléctrico para los equipos de procesamiento de datos y comunicaciones. 7. Sistema de suministro hidráulico, sanitario y de aseo. 8. Sistema de seguridad y alarmas. 9. Sistema contra incendio.

Tablero de distribución comercial

Además de los sistemas eléctricos mencionados se reconocen como indispensables en edificios comerciales los siguientes sistemas:

1. Sistema de evacuación. 2. Sistema de atención médica básica - primeros auxilios. 3. Sistema de anuncios: gráficos, luminosos, sonoros. 4. Sistema de mantenimiento. 5. Sistema de entretenimiento.

Las instalaciones de servicios generales son aquellas que suministran servicio eléctrico de fuerza y alumbrado a equipos y áreas que pertenecen al conjunto de propietarios o que son

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de utilización multiusuario o comunal.

Las clases y las cantidades de instalaciones de servicios generales varían ampliamente según la destinación de la edificación, el número de usuarios, las condiciones de utilización de las áreas y el grado de automatización de la edificación para los Edificios Inteligentes.

Las instalaciones de servicios generales se pueden agrupar en la siguiente forma:

1. Sistemas de transporte y elevación. 2. Sistemas de bombeo. 3. Instalaciones de parqueaderos. 4. Alumbrado de alrededores. 5. Alumbrado de áreas de acceso y escaleras.

DESARROLLO VERTICAL DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA

El esquema más general de la entrada del suministro de energía eléctrica de un edificio consta de una acometida, incluyendo el equipo de corte y el equipo de medición, y una subestación eléctrica cuya función principal es la de adecuar el nivel de tensión en las redes de suministro con el nivel de tensión requerido por las cargas. Este esquema se va haciendo más complejo en la medida que crecen las dimensiones físicas de las edificaciones y la magnitud de las cargas a servir; dicha complejidad se manifiesta en la necesidad de proveer varias acometidas y/o varias subestaciones y en la instalación de equipos adicionales para el control y la protección de las instalaciones y de las personas.

Subestación eléctrica

Para transportar, distribuir y controlar la energía eléctrica en sentido vertical a las diversas plantas de un edificio es necesario planificar la utilización de una serie de espacios, seleccionar unos conductores adecuados para transporte de la corriente eléctrica y unos medios de soporte y canalización de dichos conductores.

Ejercicio tipo

Diseño de una instalación eléctrica siguiendo los pasos vistos en la guía incluyendo planos,

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tablas, cuadros y cálculos correspondientes.

Montaje de algunos de los circuitos en el tablero de practica incluyendo el montaje y cableado de tablero de distribución, cajas, canalizaciones, circuito de alumbrado y fuerza

ANALISIS DE PRECIOS: Averigua el valor de:

Regletas de conexión diferentes diámetros.

CONOCIMIENTOS BASICOS RELACIONADOS:

Análisis de circuitos

Manejo de herramientas

OBSERVACIONES

EVALUACION: diseño y ejecución de una instalación eléctrica.

Tiempo Disponible: 2 Horas

Elaboro: Fabián Ardila

Aprobó: Fecha: