calculo residencial(oswaldo penissi)

COMISION DE INTEGRACION ENERGETICA REGIONAL SEMINARIO INTERNACIONAL DE TECNOLOGIA, REGULACION Y

MANTENIMIENTO EN SISTEMAS DE ALUMBRADO PUBLICO “Alumbrado Público: Seguridad, confort e imagen de una Ciudad”

11, 12 y 13 de Julio 2004– Caracas, Venezuela

EXPERIENCIAS EN CANALIZACIONES ELECTRICAS SUBTERRANEAS, POLITICAS DE MANTENIMIENTO PARA ALUMBRADO PUBLICO

A E

C

Caracas, 11 de Julio de 2004

.

utor: OSWALDO A. PENISSI F. INGENIERO ELECTRICISTA (Autor Responsable)

mpresa o Entidad: COMPAÑÍA ANONIMA DE PROYECTOS ELEC- TRICOS Y SERVICIOS DE INGENIERIA “CAPESI”

argo: Presidente. Coordinador De Proyectos, Obras y Adiestamiento

DATOS DE LA EMPRESA: Dirección: Urb. Prebo. Av. Andrés Eloy Blanco, C.C El Añil, Piso 3, Oficina 36. Valencia, Edo. Carabobo Código Postal: 2001 Teléfonos: 58-0241-8227477 / 8222972 E-Mail: [email protected] / [email protected]

PALABRAS-CLAVE: CANALIZACIONES ELECTRICAS SUBTERRANEAS, MANTENIMIEN-TO DE ALUMBRADO PUBLICO

EXPERIENCIAS EN CANALIZACIONES ELECTRICAS SUBTERRANEAS,

POLITICAS DE MANTENIMIENTO PARA ALUMBRADO PUBLICO

1. INTRODUCCIÓN.

En esta primera parte se realizará un breve esbozo de algunos conceptos requeridos para el diseño de Canalizaciones Eléctricas en alumbrado público con redes subterráneas, determinándose los componentes: conduc-tores, tuberías, control de alumbrado y transformador requerido para un sector determinado. El paso previo que deberá dar el proyectista será escoger el sistema de iluminación a emplear considerando el tipo de urbanismo u obra civil de que se trate: Autopistas, aveni-das, calles, carreteras, puentes, túneles, parques, plaza deportivas, estacionamientos de vehículos, cargas portuarias o aeropor-

RESUMEN: En ésta presentación se exponen algunas de las experiencias adquiridas por el autor, en el campo de las Canalizaciones Eléctricas y Luminotecnia. En primer término se enfocan aspectos relacionados con la selec-ción de conductores eléctricos, transforma-dores y controles de alumbrado para circuitos ramales que alimentan sectores del alumbrado público en redes subterráneas con cargas uni-formemente distribuidas o no. Como punto de partida se toma como dato básico para el diseño, la utilización del valor de la Inte.-distancia “S” producto de la aplicación de los métodos conocidos en luminotecnia para el diseño de alumbrado público. En segundo término se realiza una breve exposición sobre lo que será un programa de mantenimiento para una empresa de servicio eléctrico. Lo que aquí se trata es parte del con-tenido de un Manual elaborado por el autor para la empresa ELEORIENTE Filial de CADAFE Venezuela.

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mailto:[email protected]




tuarias. Se definirá el nivel de iluminación, la uniformidad deseada y niveles de luminancia. Se fijará la disposición de las luminarias según el ancho de la vía, si hay isla u otro detalle urbanístico seleccionándose la axial, unilateral, bilateral al trebolillo o bilateral pareadas. Luego se definirá el tipo de luminaria, la fuente de luz incandescente o de descarga a utilizar. Tipo de poste, columna o soporte, considerando el material acero, madera o fibra, altura del mismo, largo del brazo (o brazos de 1 a 4 unidades según las necesidades). Finalmente se procederá a realizar el cálculo luminotécnico por el método Lumen, método de los nueve (09) puntos para determinar la uniformidad obteniéndose como producto final la separación “S” apropiada. En la segunda parte, partiendo de la propo-sición del comité organizador se va a enfocar el tema relacionado con experiencias sobre políticas de mantenimiento del alumbrado público. Para ello se hará uso de una publicación elaborada por el suscrito que se denomina “Manual de Procedimientos para la Ejecución de Mantenimiento en Los Sistemas de Alumbrado Público” (*), la cual fue elaborada por requerimientos hechos por la Empresa ELEORIENTE (Filial de CADAFE). El contenido del mismo ha sido producto de la investigación bibliográfica y del intercambio de información, producto de la experiencia entre las empresas de servicio de energía eléctrica de Venezuela tales como La Electricidad de Caracas, CADAFE y sus filiales. 2. DETERMINACION DE SECTORES DE ALUMBRADO EN BAJA TENSIÓN EN REDES SUBTERRÁNEAS. Una vez obtenida la ínterdistancia “S” entre postes, se procederá a ubicar en el plano de

urbanismo propuesto, los postes con sus luminarias según el diseño. Se tomará en cuenta, la ubicación de las intersecciones de calles, obstáculos en la vía, garajes u otros inconvenientes que nos puedan alterar la separación “S” de diseño. En cualquiera de los casos se deberá reducir la misma como resulta en curvas verticales (70% en exte-riores y en interiores hasta el 55% de “S”) Para este diseño de redes subterráneas nue-vas el alumbrado público irá en canalización independiente, aunque la misma podrá ir en la misma bancada del servicio domiciliario. En el caso de que la canalización de ambos servicios vayan juntas, el largo de cada sector de alumbrado se acostumbra a coincidir con el domiciliario, teniendo el mismo largo los circuitos ramales. Cuando se encuentren separados el largo será independiente. Se colocará el transformador en el medio del largo del sector. Las luminarias se repartirán en el circuito en forma alterna entre fase y neutro o entre fases, si la distribución es monofásica (120V, 240V, 277V) o bien trifásica (208V o 240V), según las tensiones normalizadas en Venezuela. Junto al transformador irá el tablero de control de alumbrado. Si el transformador va en red aérea de alta tensión, el control se ubicará junto al mismo en el poste. En caso de que el transformador sea un Padmounted (tipo pedestal) el Control Tablero se ubicará en base de mampostería junto al mismo. (véase detalle en Apéndice Figura Nº 1). Cuando el control de alumbrado público va en poste, la celda fotoeléctrica iría montada en el tope de la caja. En el segundo caso la misma se ubicará en el poste más próximo, conectada eléctricamente con el tablero en base pedestal. (véase detalle en Apéndice Figura No. 1)

(*) Manual elaborado por el autor en Cumaná Estado Sucre (1.992)

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2.1 SELECCIÓN DE CONDUCTORES. La selección de conductores del circuito ramal se hará considerando la capacidad de corriente y caída de tensión en los mismos. Para la primera condición se obtiene el valor de la corriente a partir de la potencia total de las luminarias que se alimentan del circuito, tomando en cuenta la tensión aplicada y el factor de potencia. Mediante tablas, se obtiene el calibre del conductor (*). Luego se realiza la selección por caída de tensión, aplicando el método que se indica a continuación: Partiendo del análisis de un circuito con impedancia de línea Z = R + JX, de longitud L, donde habrá una caída de tensión ∆V ante el paso de la corriente que alimenta una carga P en KW, factor de potencia (cosα). Tensión de salida Vo y llegada V1. Observando la figura No. 2 y 3 (**) y el desarrollo de la fórmula se tiene que: El ∆V% se fija en 4% según se utiliza en Venezuela para alumbrado público. La longitud se obtiene de los planos y los KVA de la característica de la carga. El valor “K” se obtiene de los gráficos ábacos o tablas (***) en base al factor definido como capacidad de distribución. Con éste valor y el ∆V% fijado, se obtiene de tablas el calibre del conductor según “K”.

Para una caída de tensión determinada, la solución definitiva será aquella que refleje la condición más desfavorable o sea la que presente el calibre mayor del conductor entre la capacidad de corriente y caída de tensión del circuito. Con el valor de la corriente del circuito se fija la protección del mismo, considerando un factor de seguridad para el tipo de cargas con lámparas de descarga. Con la suma de las potencias de los circuitos ramales se define la capacidad del transformador en KVA. 2.1.1. LONGITUD MAXIMA DE UN CIRCUITO DE ALUMBRADO. Partiendo de la base de un calibre y tipo de conductor determinado, se puede aplicar a la ecuación (2) para el caso de cargas uniformemente distribuídas según el esquema propuesto (véase figura 4 del apéndice). Del mismo se deducen las siguientes expresiones:

KVA = n p (3) Lmax = n S (4) ∆ V% = K . KVA. L (1)

Donde n es el número máximo de luminarias que se puede alimentar en el circuito, p es la potencia aparente en KVA de cada luminaria, S la separación o ínter distancia entre postes y luminarias. Sustituyendo en la ecuación (2) resulta: Una vez calculada la (5) y sustituyendo la (5) en la (4) se obtiene el valor máximo de la longitud del circuito para el tipo de cable seleccionado (véase ejemplo en el apéndice).

n = Cd Sp

(5) (****)

(2)

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(*) Libro de Canalizaciones Eléctricas residenciales págs. 263 a 266 (**) Libro de Canalizaciones Eléctricas Residenciales págs. 90 y 91. (***) Libro de Canalizaciones Eléctricas Residenciales Apéndice A2 pág. 267 a 277 (****)Apuntes de Ing. Alberto Naranjo “Sistemas de Distribución I pág. 5-17

Cd = KVA. L




2.1.2. CALCULO DE UN CIRCUITO CON CARGAS IGUALES UNIFORME-MENTE DISTRIBUIDAS. Aplicando la expresión (1) a la distribución ilustrada en la figura No. 4 del Apéndice considerando que se trata de cargas iguales uniformemente distribuidas se tiene: Dado que: KVA1 = KVA2 = …=KVAn = p, resulta: ∆ V% = (pL1 + pL2 + PL3 + … + pLn)K. Considerando las longitudes en función del número total de luminarias iguales “n” resulta la expresión: Con ésta expresión (6) se puede determinar la capacidad de distribución “Cd” y en tablas lograr el calibre del Conductor (véase ejemplo en Apéndice) II. MANTENIMIENTO DE LOS SISTE-MAS DE ALUMBRADO. En una empresa de servicio de Energía Eléctrica, la confiabilidad y continuidad juegan un papel preponderante, pero otro servicio que es muy apreciado por la comunidad es el alumbrado público. Mante-ner éste servicio favorece la seguridad auto-motriz, seguridad personal, y sobre todo incide en la imagen de la ciudad. Por tal motivo es indispensable mantener el sistema de iluminación de las vías y áreas públicas en perfectas condiciones y con un índice muy bajo de puntos interrumpidos o apagados. Esto implica una ardua tarea que

requiere organización, planificación y una estrecha supervisión para lograr la calidad de servicio deseado. 3. ALCANCE Y DEFINICIONES: Los conceptos emitidos a continuación serán válidos para los sectores urbanos, suburbanos, marginales o rurales. 3.1. SECTORES DE ALUMBRADO PUBLICO. En primer término se define como un grupo determinado de circuitos eléctricos en baja tensión que alimentan un grupo de luminarias que dependen de un banco de transformación. En segundo término se define también secto-res de alumbrado público al conjunto formado por un número determinado de puntos de ilu-minación ubicados en un área de la población o ciudades, delimitado para los efectos de mantenimiento del mismo. Suelen estar per-fectamente representados en planos o cuadrí-culas donde se ubica el sistema de alumbrado público.

∆ V% = p . s. (n + n2) K 2

(6) (*)

3.2. LEVANTAMIENTO O CENSO DEL ALUMBRADO PUBLICO: Se denomina así a la actividad que se deberá realizar periódicamente para verificar, no solamente el patrimonio de la empresa, sino también el estado físico y funcional en que se encuentra el sistema de alumbrado público. 3.3. REQUERIMIENTOS PARA EJECU-TAR EL MANTENIMIENTO DE ALUM-BRADO PÚBLICO. En primer término se requerirán Cuadrillas de Mantenimiento, de alumbrado público, unidad de trabajo que puede ejecutar activi-dades inherentes a la mano de obra específica.

(*) Libro de Canalizaciones Eléctricas Residenciales Apéndice A2 pág. 277. Tabla Nº 10.
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Podrá pertenecer a la Empresa de servicio o a una empresa contratada. Las cuadrillas se compone de un coordinador, perito electri-cista, un liniero electricista y un ayudante. En segundo término están los vehículos, herramientas y equipos. Todas las unidades deberán estar dotadas con una escalera auto-mática, manual o bien un camión con una cesta hidráulica, apropiada para éste tipo de trabajos, con su brazo hasta 16 mts. de altura Las herramientas más comunes son: navajas, tenazas, alicates normales y de presión, llaves ajustables, atornilladores, peladores de cables, cizallas, voltiamperímetros, cinturones de seguridad y demás implementos de seguridad industrial. 3.4. MANTENIMIENTO DE PRIMER NIVEL. Consiste en el mantenimiento rutinario que se realiza semanal o quincenalmente según sea el caso. En el se reemplazan bombillos quemados, revisión de conductores, contactos sócates, accesorios de luminarias, fusibles y células fotoeléctricas. Estas actividades podrán ser realizadas por personal de servicio de la Empresa Eléctrica o bien contratados con terceros. Se establecerá jerarquía de las áreas a realizar mantenimiento: centro de la ciudad o pueblo, incluyendo áreas comer-ciales, populares, áreas marginales y rurales. El horario preferido será de 8:00 a.m. a 4:00 p.m. como máximo. Deberá llevarse un control estadístico de éste tipo de manteni-miento e incorporar la información a un ban-co de datos. También se hará una evaluación de los costos en forma semestral o anual. 3.5. MANTENIMIENTO DE SEGUNDO NIVEL.

Es la actividad de mantenimiento que se realiza con mayor profundidad que la anterior, por ello se requiere mas tiempo de ejecución por su complejidad, y requiere de una programación establecida con cierta an-telación. Al igual que la anterior pueden ser realizados con recursos de la Empresa de Ser-vicios o bien contratarse con terceros. Los trabajos más importantes son:

Reparación de controles de alumbrado y luminarias.

Reemplazo de equipos incluyendo brazo de soporte.

Reparación o reemplazo de postes choca-dos, pintura de los mismos.

Reparación de cableados en redes aéreas o subterráneas.

Reparación de tanquillas sustitución de tapas, marcos y contramarcos.

Este mantenimiento podrá ser: correctivo o preventivo y se realizaría en corto, mediano o largo plazo. Se contemplará el procesamiento de datos estadísticos al igual que el anterior y evalua-ción de costos semestrales o anuales. 3.6. UNIDAD DE CONTROL DE MANTENIMIENTO DE ALUMBRADO PUBLICO. Es una sección de la Empresa de Servicio Eléctrico que dependerá del departamento de Operaciones y Mantenimiento. Tendrá las ta-reas básicas de: planificar, coordinar y super-visar las actividades de mantenimiento del alumbrado público. Esta unidad deberá estar regida por un coordinador Ingeniero Electri-cista, dispondrá de secretaria y un número determinado de técnicos electricistas respon-sables cada uno, de uno a mas sectores de alumbrado, hasta 15000 puntos de ilumina-ción como máximo

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDA-CIONES. 4.1. En la primera parte del Diseño de sectores de baja tensión para circuitos ramales de alumbrado público, en los casos de cargas iguales uniformemente distribuidas o no, en redes subterráneas, se presentan dos herramientas de cálculos conocidas y utili-zadas comúnmente en el diseño. Aunque la selección de conductores se obtiene por caída de tensión en la mayoría de los casos, también se realiza por capacidad de corriente para verificar y seleccionar la protección de sobrecorriente apropiada, tanto del circuito como del sistema de control de alumbrado, el cable de puesta a tierra de postes y luminarias. 4.2. Con relación del mantenimiento de alumbrado publico se puede concluir en lo siguiente:

Para lograr la continuidad de buen servicio se deben elaborar programas de manteni-miento, a ejecutarse bajo una estricta supervisión a lo largo de todo el año.

Cada sector de mantenimiento no debe exceder los 3000 puntos de iluminación.

Deberá tolerarse como valores máximos de puntos apagados en toda el área del sector entre 1,5% y 2%

Se recomienda contratar todos los casos de mantenimiento de primer nivel, al igual que los de segundo nivel aunque éstos podrían también ser ejecutados por Admi-nistración directa, o bien la modalidad que fije la empresa.

Solicitar la colaboración de asociaciones de vecinos.

Mantener al día los planos del sistema.

Brindar un sólido apoyo a la unidad de control y supervisión de mantenimiento de alumbrado público.

Mantener en almacén los valores mínimos por encima del 30% de los inventarios a fin de garantizar que los trabajos de mantenimiento no se paralicen a lo largo del año.

Mantener los vehículos, herramientas y equipos en buen estado.

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5. BIBLIOGRAFIA:

ASOCIACION ARGENTINA DE LUMINOTECNIA (AADI): Manual de Luminotecnia. Tomo II. Buenos Aires. 1985.

CADAFE. Normas de Distribución de Redes Subterráneas. Caracas, 1979.

CADAFE: Manual de Contratación de Obras y Servicios. Caracas 1980.

CADAFE: Manual de Codificación de Postes. Caracas 1990.

CODELECTRA: Código Eléctrico Na-cional de Seguridad en instalaciones de Suministro de Energía Eléctrica y de Comunicaciones 1976. Caracas, 1976.

CODELECTRA. Código Eléctrico Nacional 1981 y 1999. Ediciones Magi-color, C.A. Caracas, 1981.

ELECTRICIDAD DE CARACAS: Normas Técnicas de Mantenimiento de Redes de Distribución Eléctrica y Alumbrado Público. (Notas Recopiladas por el autor, 1991)

NARANJO, Alberto. Sistemas de Dis-tribución Eléctrica.

PENISSI Oswaldo: Manual de Ilumi-nación Interior. Valencia, Universidad de Carabobo, Facultad de Ingeniería, Valencia, 1983.

PENISSI Oswaldo: Guía de Iluminación Exterior. (Material de apoyo para la Cátedra de Proyectos de Canalizaciones y Luminotecnia) Valencia, Universidad de Carabobo, Facultad de Ingeniería, Valencia, 1984.

PENISSI Oswaldo, Canalizaciones Eléc-tricas Residenciales 7ª Ed. Valencia, 2003

PHILIPS GLOEILAMPENFA, BRIE-KEN. Manual de Alumbrado PHI-LIPS, Madrid, editorial Paraninfo, 1976. Título original en ingles: Ligthing Manual.

VENEZUELA, MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS. Dirección de Edificios. Manual de Normas y Criterios para proyectos de Insta-laciones Eléctricas. III Tomos. Caracas, 1968.

WESTINGHOUSE, Manual de Alum-brado 2ª. Ed. Rev y Ampl. Madrid, Editorial Dossat, S.A. 1976. Título Original en inglés: Ligthing Handbook

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A P E N D I C E

1. SELECCIÓN DE UN CONDUCTOR POR CAIDA DE TENSION (Desarrollo aclaratorio de la sección 2.1.)

Figura No. 2. Circuito de alimentación a una carga

Figura Nº 3. Diagrama vectorial para líneas cortas

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De éstas figuras se deduce lo siguiente:

∆V = Vo – V1

Donde:

V0 = Se asume la tensión de salida en un tablero.

V1 = Tensión de llegada a la carga.

Considerando que en líneas cortas, como lo son estos circuitos en instalaciones eléctricas residenciales o similares, se desprecia la capacitancia, el diagrama vectorial queda como se indica en la Figura N° 2. Del mismo se deduce que:

V0 = √ (V1 + IR Cos α + IX sen α)2 + (IX Cos α - IR sen α)2 (1)

El segundo término se puede despreciar cuando IR e IX no exceden el 10%. Luego:

∆V = IL (r cos α + x sen α) (4)

Expresando en tanto por ciento de V0 resulta:

∆V% = (r cos α + x sen α) 102 (5)

o bien V0

IL

∆V% = (r cos α + x sen α) 102 (6)

Introduc

∆V% = K

Se puede

K = r co

Por cons

V0 IL

2
V0
iendo el concepto de KVA y KV en la anterior queda:

VA. L. (7) r cos α + x sen α

10 (KV0)2

considerar que en (7):

s α + x sen α

(8) 10 (KV0)2

iguiente reemplazando en (7) resulta:

(9) ∆V% = KVA. L. K

9




La expresión (9) también es válida en función de la corriente, haciendo la variación de K, quedando de la forma siguiente:

(10) ∆V% = IL K

Se define como capacidad de distribución a la expresión deducida de la (9) y (10).

CD = KVA.L = (11) ∆V%

K

∆V%

CD = IL = (12)

2. EJEMPLOS NUMERICOS OBTENCION DE CANALIZACIONES PARA UN SECTOR DE ALUMBRADO PUBLICO. 2.1. Ejemplo Nº 1. Se asume que se va a utilizar un conductor normalizado, por ejemplo cable de aluminio aislamiento TTU, 75 °C calibre # 2 y se quiere saber hasta donde puede llegar el conductor con una caida de tensión del 4%. Este conductor tiene una capacidad de corriente de 90 Amp. Tensión 240 V., sistema monofásico tubería plástica PVC. De tabla Nº. 10 (*) y aplicando la expresión Nº2 (pág. 3 del informe), tomando en cuenta factores de corrección, se tiene: CD = 868. F1 . F2 = 868 x x 0.665 = 1154 KVAm S = 30m. P = 305 VA = 0.305 KVA Aplicando la ecuación Nº 5 (pág Nº 3 del informe)

n = 1154 = 11,23 0.305 x 30

K

4 . 2

Se asumirá 12 Luminarias como máximo en el circuito ramal. Luego la longitud máxima del circuito será: Lmax = n. S = 12 x 30 mts. El circuito ramal tendrá una longitud máxima para éste tipo de conductor de:

Lmax = 360 mts.

(*) Libro de Canalizaciones Eléctricas Residenciales pág 277. Factores de corrección pág. 269

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2.2. Ejemplo Nº 2. Se tiene el esquema de la tabla No. 1. donde se ilustra un sector típico de alumbrado publico con nueve (09) luminarias en cada circuito ramal. Utilizándose un conductor de aluminio aislación TTU p/75 °C en tubería plástica PVC, la separación entre postes según cálculo luminotécnico S = 30 mts. Las luminarias poseen una lámpara de 250W – 220V sodio alta presión, el factor de potencia será de 0.9 la caída de tensión de 4% para una tensión de 240V monofásica. Se aplicará la expresión (6) del informe pág. Nº 4. ∆ V% = p . s. (n + n2) K 2 Donde: CD = p . s. (n + n2) = 306 x 30 ( 9 + 92) 2 2 CD = 413 KVAm 413 = 413 F1 . F2 4/2 x 0.665 CD real = = = 310 KVAm

Con éste valor en la tabla Nº 1 anexa resulta una canalización de:

2 # 6 AL – TTU + 1 # 10 AL (tierra) en 1 Ø 1” PVC Caída de tensión real será:

∆V real = 4% = 3,51% 310 .

353 El resto de los componentes tendrán las características:

2 Fusibles de Alta Tensión de 2 x 2 Amp. (tipo K) Transformador Monofásico de 10 KVA 12700/240 – 120V Tablero de control con interruptor principal de 2 x 30 A -240V y dos salidas con

protecciones breakers de 2 x 20A -240V. El control dentro del tablero podría estar compuesto por rele – contactor y célula

fotoeléctrica o bien un interruptor horario con reloj y batería incorporada

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Capacidad de distribución en KVA. M., para conductores monopolares de aluminio con aislante TTU. Sistema trifásico 208/120V, 60 Hz y temperatura del conductor 75º C. ∆V= 2%

TABLA Nº 2 (*)

(*) Libro de Canalizaciones Eléctricas Residenciales Tabla No. 10 pág 277.

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3. DETALLES DE OBRAS CIVILES PARA CANALIZACIONES

3.1. Base pedestal para tablero de control de alumbrado.

Figura Nº 1

3.2. Bases para postes ornamentales

Figura Nº 1.2

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3.3. Postes de Acero Hexagonales Tipo Látigo

3.4. Tanquilla modelo para alumbrado público Figura Nº 1.3.

Figura Nº 1.4

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3.5. Tanquilla modelo para baja tensión

Figura Nº. 1.5

3.6. Base tanquilla para poste ornamental

Figura Nº. 1.6

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calculo residencial(oswaldo penissi)

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