ES2600962T3 - Interruptor de potencia con canales de ventilación para una evacuación eficiente del calor - Google Patents
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Abstract
Interruptor de potencia con una carcasa, en la que están dispuestas una primera zona del aparato de conexión (1), en la que están dispuestos un dispositivo de cámara de extinción (5) y un dispositivo de cursor de contacto (7) con piezas de conexión móviles (9), que están posicionadas enfrentadas a piezas de contacto fijas (10) y una segunda zona del aparato de conexión (3), en la que están dispuestos un módulo de disparo por corriente compuesto por un disparador de cortocircuito (17) y un disparador de sobrecarga (26), caracterizado porque está configurado un canal continuo de paso del aire de ventilación (33) dentro de paredes de la carcasa enfrentadas a lo largo de las piezas de contacto fijas (10), estando configuradas las piezas de contacto fijas (10) con forma de U con dos brazos (11, 12), que están unidos entre sí mediante una zona de transición (13), estando configurada la zona de transición (13) como contornos con forma de cuerno (14), configurados con forma de nervio y distanciados entre sí mediante una escotadura (15) y presentando el dispositivo de cursor de contacto (7) una escotadura (32), dispuesta a la altura de la escotadura (15) de las piezas de contacto fijas (10) y configurando así un canal de paso del aire de ventilación (33) completo a través de las piezas de contacto fijas (10) y del dispositivo de cursor de contacto (7), que se completa mediante una abertura (34) en la carcasa.
Description
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INTERRUPTOR DE POTENCIA CON CANALES DE VENTILACION PARA UNA EVACUACION
EFICIENTE DEL CALOR
descripciOn
Interruptor de potencia con canales de ventilacion para una evacuacion eficiente del calor
La invencion se refiere a un interruptor de potencia con una carcasa, en la que estan dispuestas una primera zona del aparato de conexion, en la que estan dispuestos un dispositivo de camara de extincion y un dispositivo de cursor de contacto con piezas de conexion moviles, que estan posicionadas enfrentadas a piezas de contacto fijas y una segunda zona del aparato de conexion, en la que estan dispuestos un grupo de disparo por corriente compuesto por un disparador de cortocircuito y un disparador de sobrecarga.
Los interruptores de potencia, en particular interruptores de potencia de baja tension, son en caso de cortocircuito interruptores electromagneticos automaticos. Su forma de funcionamiento corresponde basicamente a la forma de funcionamiento de interruptores de proteccion de lmea. Los mismos estan dotados la mayona de las veces de un disparador termico y un disparador magnetico y poseen asf los mismos elementos constructivos que los interruptores de proteccion de lmea. Desde luego estan los mismos disenados para corrientes mas altas y ademas los disparadores de interruptores de potencia, contrariamente a los de interruptores de proteccion de lmea, pueden ajustarse a veces separadamente. En la gama de las bajas tensiones se utilizan los interruptores tambien como interruptores de proteccion de motor.
Un interruptor de potencia con una carcasa separada en dos zonas se da a conocer en el documento EP- A-1471553.
La mision del interruptor de potencia consiste en proteger instalaciones postconectadas y en particular motores de corriente trifasica frente a danos debidos a sobrecarga o cortocircuito. Entonces debe desconectar el interruptor de potencia dichas corrientes junto con los equipos de la proteccion de red. Si se encuentra gas entre ambos polos, cuando existe una diferencia de tension suficientemente alta entre los polos, se produce una ionizacion debido a una descarga y se forma una descarga de gases automantenida, que se denomina tambien arco voltaico. Este plasma no solo sigue conduciendo la corriente, sino que reduce tambien la vida util del componente e incluso puede destruir el interruptor cuando las corrientes son fuertes. Contrariamente a los seccionadores, estan constituidos los interruptores de potencia tal que el arco voltaico que se forma al abrir los contactos de conexion se extingue rapidamente y sin danar el interruptor, interrumpiendose asf el flujo de corriente.
Los interruptores de potencia se desarrollan en diversos tamanos constructivos. Un tamano constructivo se compone entonces por variantes de aparatos con una serie de intensidades nominales escalonadas adecuadamente, siendo la potencia de perdidas aproximadamente proporcional al cuadrado de la intensidad nominal. La variante del aparato con la intensidad nominal maxima para un determinado tamano constructivo viene determinada porque precisamente para esa intensidad la potencia de perdidas generada, para el correspondiente volumen de carcasa, sigue sin aportar consecuencias negativas para las exigencias al interruptor de potencia a lo largo de su vida util. Cuando se quiere llegar a intensidades nominales aun mayores, se desarrolla una forma constructiva mas grande. No obstante, desde el punto de vista del cliente se desea llegar a una intensidad nominal mas alta dentro de un determinado tamano constructivo. Para lograr esto han de tomarse medidas para que la evacuacion del calor desde el volumen de la carcasa sea tecnicamente mas eficiente.
Existen basicamente dos posibilidades para manejarse con elevadas temperaturas dentro de una carcasa de proteccion, debido a la inevitable potencia electrica de perdidas. Al respecto preve una de las posibilidades optimizar todos los materiales tanto que los mismos cumplan sus exigencias funcionales incluso a un elevado nivel de temperatura. No obstante, esta es una solucion muy costosa.
La otra posibilidad consiste en forzar la evacuacion del calor generado de la carcasa mediante medidas tecnicas. Para productos electronicos existen segun el estado de la tecnica medidas de refrigeracion activas mediante ventiladores de la carcasa, configuracion heat-pipe (tubo de alta conductividad termica) o incluso circuitos de medio refrigerante. Para poder evacuar asf tambien grandes cantidades de calor generadas localmente, se distribuyen estas cantidades de calor mediante cuerpos de refrigeracion entre grandes superficies.
En aparatos de maniobra electromecanicos tales cuerpos de refrigeracion son inadecuados. Allf se evacua el calor, ademas de en las lmeas de conexion, principalmente a traves de las superficies del aparato libremente accesibles, esencialmente lado superior, lado de alimentacion y lado de salida del aparato. Esto origina en la practica, debido al largo camino que recorre el calor, un elevado nivel de temperatura y problematicos puntos de concentracion del calor relativamente concentrados.
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En consecuencia consiste el objetivo de la presente invencion en lograr un interruptor de potencia que sin cuerpos de refrigeracion adicionales posibilite una evacuacion eficiente del calor.
Este objetivo se logra mediante un interruptor de potencia con las caractensticas de la reivindicacion 1. Ventajosas variantes y perfeccionamientos, que pueden utilizarse individualmente o en combinacion entre s^ son objeto de las reivindicaciones dependientes.
En el marco de la invencion se logra este objetivo mediante un interruptor de potencia con una primera zona del aparato de conexion, en la que estan dispuestos un dispositivo de camara de extincion y un dispositivo de cursor de contacto con piezas de conexion moviles, que estan posicionadas enfrentadas a piezas de contacto fijas y una segunda zona del aparato de conexion, en la que estan dispuestos un modulo de disparo por corriente compuesto por un disparador de cortocircuito y un disparador de sobrecarga. La invencion se caracteriza entonces porque esta configurado un canal de paso del aire de ventilacion continuo dentro de paredes enfrentadas de la carcasa a lo largo de las piezas de contacto fijas como primer flujo de aire de conveccion a traves del interruptor de potencia para la evacuacion del calor.
En el marco de la invencion se evacua el calor adicionalmente a las superficies del aparato a traves de un canal de paso del aire de ventilacion con un gran diametro que discurre desde el lado de alimentacion a traves del aparato hasta el lado de salida. En la posicion de montaje preferente, es decir, realizandose el montaje en una pared vertical, la alimentacion queda arriba, la salida queda abajo y entonces puede absorber el aire que fluye entrando desde abajo por aberturas previstas el calor de perdidas directamente de algunos de los generadores principales de potencia de perdidas, es decir, de puntos de transicion de contacto y vfas de corriente y transportarlo en direccion hacia el lado de alimentacion y allf emitirlo hacia fuera al aire.
En el marco de la invencion esta previsto un primer flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas. La corriente de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas queda garantizada mediante una reforma del diseno de las piezas de contacto fijas, del dispositivo de cursor de contacto y de las cubiertas de las piezas de contacto fijas. El principio es entonces obtener una seccion considerable de paso del flujo. Todos los elementos de estanqueidad hacia fuera se eliminan o se reconfiguran. A la vez y mediante la correspondiente reforma del diseno, se mantiene lo mas reducida posible la seccion abierta entre la seccion de paso del flujo y la camara de conexion.
Constructivamente estan configuradas las piezas de contacto fijas con forma de U con dos brazos y una zona de transicion que une ambos brazos. La zona de transicion esta configurada entonces tal que dos contornos con forma de cuerno se encuentran en paralelo y estan distanciados mediante una escotadura. Los contornos con forma de cuerno de las piezas de contacto fijas encajan entonces en contornos contrapuestos de la carcasa interior del interruptor y contribuyen asf en caso de cortocircuito a estabilizar el interruptor de potencia completo. En la escotadura de la zona de transicion de la pieza de contacto fija esta configurado un saliente del brazo en forma de un apendice, que aumenta la superficie de apoyo de contacto para el contacto dispuesto en el lado inferior en el brazo. En particular este saliente del brazo de la pieza de contacto fija da lugar a que la seccion abierta entre el canal de paso del aire de ventilacion y la camara de conexion se mantenga lo mas pequeno posible.
Ademas presenta tambien el cursor de contacto una escotadura en forma de un agujero pasante o de una perforacion pasante o simplemente esta abierto hacia arriba con forma de U, dispuesta a la altura de la escotadura de las piezas de contacto fijas y configura asf un canal de paso del aire de ventilacion completo a traves de las piezas de contacto fijas y del cursor de contacto, que se completa mediante cubiertas de las piezas de contacto fijas y finalmente mediante aberturas en la carcasa. Asf resulta en conjunto un primer flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas a traves de escotaduras en el dispositivo de cursor de contacto, en las piezas de contacto fijas y en las cubiertas dispuestas sobre las piezas de contacto fijas, que en conjunto constituyen un canal de paso del aire de refrigeracion, que posibilita la evacuacion del calor a traves de aberturas en la carcasa.
En el marco de la invencion se configura con preferencia una segunda corriente de aire de conveccion en la zona de conexion del lado L, que deriva del primer flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas en la segunda zona del aparato de conexion y que posibilita la evacuacion de calor a traves de una conexion de borna y aberturas en la carcasa. Al respecto se absorbe tambien calor a traves de la borna al pasar por delante el flujo.
Ademas esta configurado con preferencia un tercer flujo de aire de conveccion en la zona de conexion del lado T, que esta configurado mediante un canal en la conexion de borna y que permite la evacuacion de calor a traves de aberturas de la carcasa. Este flujo de aire de conveccion en la zona de conexion del lado T fluye hacia dentro del interruptor y pasa por delante de la borna caliente a traves de un canal. El mismo absorbe entonces calor y abandona a continuacion el interruptor a traves de aberturas en la carcasa.
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En una forma de ejecucion especialmente ventajosa esta previsto que en el canal de paso del aire de ventilacion esten dispuestos elementos que absorben la suciedad, configurados tal que protegen al interruptor de potencia frente a la suciedad sin impedir el paso del aire a traves. Este elemento que absorbe la suciedad esta configurado con preferencia como rejilla o como superficies dispuestas una tras otra, que en vista en proyeccion aparecen como cerradas y con ello impiden la suciedad incidente, pero permiten la circulacion del aire.
La presente invencion se caracteriza porque esta configurado un canal continuo de paso del aire de ventilacion dentro de paredes de la carcasa enfrentadas a lo largo de las piezas de contacto fijas como primer flujo de aire de conveccion a traves del interruptor de potencia para la evacuacion de calor. Con preferencia estan previstos adicionalmente otros dos flujos de aire de conveccion en la zona de conexion del lado L, asf como en la zona de conexion del lado T. Mediante estos flujos de aire de conveccion correspondientes a la invencion, pueden evacuarse potencias de perdidas mayores, con lo que resultan posibles mayores densidades de corriente nominal de los interruptores de potencia a igualdad de volumen constructivo. Mediante la concepcion correspondiente a la invencion se evita, en una estructura de interruptores de potencia dispuestos uno junto a otro, que queden cubiertas superficies de cesion de calor o bien aberturas. A igualdad de tamano constructivo del aparato, se llega mediante el concepto de evacuacion del calor que aqu se presenta a un claro descenso del nivel de temperatura.
Otras ventajas y formas de ejecucion de la invencion se describiran a continuacion en base a ejemplos de ejecucion, asf como en base al dibujo.
Al respecto muestran esquematicamente:
figura 1 en una representacion seccionada en perspectiva, una estructura de un interruptor de potencia correspondiente a la invencion, con tres flujos de conveccion individuales para la evacuacion del calor;
figura 2 en una representacion en perspectiva, una configuracion correspondiente a la invencion del dispositivo de cursor de contacto, piezas de conexion fijas y cubierta; figura 3 en una representacion en perspectiva, una zona parcial de una zona de conexion del lado L con borna;
figura 4 en una representacion en perspectiva, una zona parcial de una zona de conexion del lado T con borna;
figura 5 en una representacion en seccion, el dispositivo de camara de extincion del interruptor de potencia con dispositivo de cursor de contacto y piezas de contacto fijas; figura 6 en una vista en planta, la configuracion de piezas de contacto fijas y dispositivo de cursor de contacto.
La figura 1 muestra la estructura de un interruptor de potencia correspondiente a la invencion con una carcasa preferentemente en dos partes, en la que una primera zona del aparato de conexion 1 esta dispuesta en una parte inferior de la carcasa 2 y una segunda zona del aparato de conexion 3 en una parte superior de la carcasa 4. En una primera zona del aparato de conexion 1 esta dispuesto un dispositivo de camara de extincion 5 con chapas de extincion 6 dispuestas una sobre otra, asf como en el centro entre ambos paquetes de chapas de extincion un dispositivo de cursor de contacto 7 con una pieza de conexion 9 posicionada tal que puede moverse sobre un resorte 8. La pieza de contacto movil 9 esta dispuesta enfrentada a piezas de conexion fijas 10. Las piezas de conexion fijas 10 estan configuradas con preferencia con forma de U con dos brazos 11, 12, que estan unidos entre sf mediante una zona de transicion 13. La zona de transicion 13 de las piezas de contacto fijas 10 esta configurada con preferencia en forma de contornos 14 con forma de cuerno, configurados con preferencia con forma de nervio y distanciados entre sf mediante una escotadura 15. Los contornos 14 con forma de cuerno encajan en contornos contrapuestos 16 de la pared interior de la carcasa del interruptor de potencia, con lo que en el caso de un cortocircuito la carcasa queda estabilizada.
Por encima del dispositivo de cursor de contacto 7 en la segunda zona del aparato de conexion 3, esta dispuesto un disparador de cortocircuito 17. El disparador de cortocircuito 17 presenta una pieza de soporte 18, con preferencia de plastico, en la que se encuentra un nucleo 19 con un empujador 20, dispuesto dentro de un polo 21 y que penetra en el dispositivo de cursor de contacto 7. Alrededor de la pieza de soporte 18 esta enrollada una bobina 22. La bobina 22 esta rodeada por una culata magnetica 23 y una chapa magnetica 24. Por encima del disparador de cortocircuito 17 esta dispuesto un mecanismo de conexion 25. Junto al disparador de cortocircuito 17 se encuentra un disparador de sobrecarga 26, que presenta un bimetal 27, alrededor del cual esta enrollado un conductor de calentamiento 28. Por encima de los paquetes de chapas de extincion en la parte superior de la carcasa 4, en respectivos lados, se encuentran conexiones de bornas 29, 30.
El interruptor de potencia correspondiente a la invencion se caracteriza pues porque el flujo de aire de conveccion a traves del interruptor de potencia para la evacuacion del calor esta compuesto con preferencia por tres flujos individuales. Segun la invencion esta previsto un primer flujo de aire de
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conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas 10. El flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas 10 se logra mediante una modificacion de diseno de las piezas de contacto fijas
10, del dispositivo de cursor de contacto 7 y de una cubierta 31, que esta posicionada sobre las piezas de contacto fijas 10. El principio es entonces lograr una seccion de paso del flujo apreciable. Todos los elementos de estanqueidad hacia fuera se eliminan o se reconfiguran. A la vez y mediante la correspondiente reforma del diseno, se mantiene lo mas reducida posible la seccion abierta entre la seccion de paso del flujo y la camara de conexion.
Constructivamente estan configuradas las piezas de contacto fijas 10 con forma de U con los dos brazos
11, 12 y la zona de transicion 13 que une ambos brazos 11, 12. La zona de transicion 13 presenta entonces los contornos con forma de cuerno 14, dispuestos en paralelo y enfrentados en la escotadura 15.
Tambien el dispositivo del cursor de contacto 7 presenta una escotadura 32 en forma de un agujero pasante, situado a la altura de la escotadura 15 de las piezas de contacto fijas 10 y configura asf un canal de paso del aire de ventilacion 33 completo a traves de las piezas de contacto fijas 10 y el dispositivo del cursor de contacto 7, que se completa mediante la cubierta 31 sobre las piezas de contacto fijas 10 y finalmente mediante aberturas 34 en la carcasa. Asf resulta en conjunto un primer flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas 10 a traves de escotaduras 15, 32 en el dispositivo del cursor de contacto, en las piezas de contacto fijas 10 y en la cubierta 31, que estan dispuestas en las piezas de contacto fijas 10 y que en conjunto constituyen un canal de paso del aire de ventilacion 33, que posibilita la evacuacion del calor a traves de la abertura 34 en la carcasa.
En el marco de la invencion esta constituido un segundo flujo de aire de conveccion 35 en la zona de conexion del lado L, que deriva del primer flujo de aire de conveccion a lo largo de las piezas de contacto fijas 10 en la segunda zona del aparato de conexion 3 y que a traves de una conexion de borna 29 y aberturas 36 posibilita la evacuacion del calor en la carcasa. Entonces en el curso de este paso por delante se absorbe tambien calor a traves de la borna.
Ademas esta configurado un tercer flujo de aire de conveccion 37 en la zona de conexion del lado T, que se constituye a traves de un canal 38 en la conexion de borna 30 y que posibilita la evacuacion del calor a traves de aberturas 39 en la carcasa. Este flujo de aire de conveccion en la zona de conexion del lado T fluye hacia dentro del interruptor y a traves de un canal pasando por delante de la borna caliente. Entonces absorbe calor y abandona el interruptor a continuacion a traves de aberturas 39 en la carcasa.
En la figura 2 se representa una configuracion correspondiente a la invencion formada por el dispositivo del cursor de contacto 7, las piezas de contacto fijas 10 y la cubierta 31 sobre las piezas de contacto fijas 10, que hacen posible el primer flujo de aire de conveccion. Las piezas de contacto fijas 10 estan configuradas entonces con preferencia con forma de U con dos brazos 11, 12, que estan unidos entre sf mediante una zona de transicion 13. La zona de transicion 13 de las piezas de contacto fijas 10 esta configurada entonces con contornos 14 con forma de cuerno, configurados con preferencia con forma de nervio y distanciados entre sf mediante la escotadura 15. Los contornos 14 con forma de cuerno encajan tras el montaje en el interruptor de potencia en contornos contrapuestos 16 de la pared interior de la carcasa del interruptor de potencia, con lo que en el caso de un cortocircuito la carcasa queda estabilizada. Tambien la cubierta 31 sobre las piezas de contacto fijas 10 esta dotada de escotaduras 40, con lo que es posible una ventilacion pasante completa. Ademas en la figura 2 puede verse la escotadura 32 en el dispositivo del cursor de contacto 7 a la altura de la escotadura 15 en las piezas de contacto fijas 10.
La figura 3 muestra una zona parcial de una zona de conexion del lado L de un interruptor de potencia con borna. El flujo de aire de conveccion 35 en la zona de conexion del lado L se deriva del flujo a lo largo de las piezas de contacto fijas 10. El mismo se conduce por delante de la borna a traves de una seccion abierta en el interruptor. A continuacion abandona el interruptor a traves de aberturas 36 en la parte superior de la carcasa 4 y la parte inferior de la carcasa y fluye entonces pasando por delante de la borna. En el curso de este paso por delante se absorbe de nuevo calor a traves de la borna.
La figura 4 muestra una zona parcial de una zona de conexion del lado T con borna. El flujo de aire de conveccion 37 en la zona de conexion del lado T fluye hacia dentro del interruptor y a continuacion pasa por delante de la borna caliente a traves del canal 38. Entonces absorbe el calor y abandona el interruptor a continuacion a traves de aberturas 39 en la pared de la carcasa.
En la figura 5 se representa el dispositivo de camara de extincion 5 con dispositivo del cursor de contacto 7 y piezas de contacto fijas 10. En particular la configuracion de las piezas de contacto fijas 10 posibilita una separacion estanca entre el canal de paso del aire de ventilacion 33 y la camara de conexion. Para ello se representa en la figura 6 que el brazo 11 configura un saliente del brazo en forma de un apendice 41, que llega al dispositivo del cursor de contacto 7. Mediante este apendice 41 por un lado aumenta la superficie de apoyo para los contactos debajo del brazo. Por otro lado, se minimiza asf la seccion abierta
42 hacia la camara de conexion, con lo que es posible una separacion estanca entre el canal de paso del aire de ventilacion y la camara de conexion.
La presente invencion se caracteriza porque esta configurado un canal de paso del aire de ventilacion 5 continuo dentro de paredes de la carcasa enfrentadas a lo largo de las piezas de contacto fijas como primer flujo de aire de conveccion a traves del interruptor de potencia para la evacuacion del calor. Preferentemente estan previstos adicionalmente otros dos flujos de aire de conveccion en la zona de conexion del lado L, asf como en la zona de conexion del lado T. Mediante estos flujos de aire de conveccion correspondientes a la invencion pueden evacuarse potencias de perdidas mayores, con lo que 10 resultan posibles mayores densidades de corriente nominal para los interruptores de potencia a igualdad de volumen constructivo. Mediante la concepcion correspondiente a la invencion se evita, en una estructura constructiva de interruptores de potencia situados uno junto a otro, que se tapen superficies de evacuacion del calor o aberturas. A igualdad de tamano constructivo se llega mediante el concepto de evacuacion del calor aqrn presentado a un claro descenso del nivel de temperatura.
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Claims (3)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Interruptor de potencia con una carcasa, en la que estan dispuestas una primera zona del aparato de conexion (1), en la que estan dispuestos un dispositivo de camara de extincion (5) y un dispositivo de cursor de contacto (7) con piezas de conexion moviles (9), que estan posicionadas enfrentadas a piezas de contacto fijas (10) y una segunda zona del aparato de conexion (3), en la que estan dispuestos un modulo de disparo por corriente compuesto por un disparador de cortocircuito (17) y un disparador de sobrecarga (26),caracterizado porque esta configurado un canal continuo de paso del aire de ventilacion (33) dentro de paredes de la carcasa enfrentadas a lo largo de las piezas de contacto fijas (10), estando configuradas las piezas de contacto fijas (10) con forma de U con dos brazos (11, 12), que estan unidos entre sf mediante una zona de transicion (13), estando configurada la zona de transicion (13) como contornos con forma de cuerno (14), configurados con forma de nervio y distanciados entre sf mediante una escotadura (15) y presentando el dispositivo de cursor de contacto (7) una escotadura (32), dispuesta a la altura de la escotadura (15) de las piezas de contacto fijas (10) y configurando asf un canal de paso del aire de ventilacion (33) completo a traves de las piezas de contacto fijas (10) y del dispositivo de cursor de contacto (7), que se completa mediante una abertura (34) en la carcasa.
- 2. Interruptor de potencia segun la reivindicacion 1,caracterizado porque los contornos con forma de cuerno (14) encajan en contornos contrapuestos (14) en la carcasa de conexion.
- 3. Interruptor de potencia segun la reivindicacion 1 o 2,caracterizado porque en las piezas de contacto fijas (10) estan configurados apendices (41).
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