INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN EDIFICACIONES ANTONIO RÓMULO PADILLA CARRANZA INGENIERO ELECTRICISTA REGISTRO CIP Nº 21426 APC CONTRATISTAS GENERALES S.A.
1. ¿En qué consiste la realización de instalaciones eléctricas en edificaciones? Consiste en diseñar, construir, operar, y retirar al final de su vida útil las instalaciones cuya función es dotar de energía eléctrica a las edificaciones, en condiciones de seguridad, para satisfacer sus necesidades de iluminación, tomacorrientes y cargas especiales que permitan la operación de los equipos eléctricos, electromecánicos, electrónicos y en general todos aquellos que requieran electricidad para funcionar en las edificaciones que están al servicio de los seres humanos en sus diversas actividades. El diseño y ejecución de las edificaciones en nuestro país está normado por el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) aprobado por el Decreto Supremo Nº011-2006-Vivienda, publicado en El Peruano el 08 de mayo del 2006, y conforme al Art. 2º, Norma G.10. Título I, Generalidades, “… es de aplicación obligatoria para quienes desarrollen procesos de habilitación urbana y edificación en el ámbito nacional, cuyo resultado es de carácter permanente, público o privado”. En su Título II muestra la estructura del sistema eléctrico, que en su nivel de Sistema de Distribución entrega la energía mediante la Conexión al Sistema de Utilización que sirve a la edificación, como se muestra en el esquema adjunto:
ESQUEMA DE UN SISTEMA ELECTRICO Y UBICACIÓN DEL SISTEMA DE UTILIZACIÓN 1
En su subtítulo II.4 Obras de Suministro de Energía Eléctrica y comunicaciones, establece que el “SISTEMA DE UTILIZACIÓN es aquel constituido por el conjunto de instalaciones destinado a llevar energía eléctrica suministrada a cada usuario desde el punto de entrega hasta los diversos artefactos eléctricos en los que se produzca su transformación en otras formas de energía.” Esta norma EM.010 es obligatoria para todo proyecto de instalación eléctrica interior como de: • viviendas. • Locales comerciales. • Locales industriales. • Locales de espectáculos. • Centros de reunión. • Locales hospitalarios. • Locales educacionales. • Locales de hospedaje. • Locales para estacionamiento de vehículos. • Playas y edificios de estacionamiento. • Puestos de venta de combustible. • Estaciones de servicio, y • En general cualquier instalación interior en todo el territorio de la República. En su subítulo III.4 Instalaciones Eléctricas y Mecánicas, norma EM.10 Instalaciones Eléctricas Interiores, indica que las instalaciones eléctricas interiores están tipificadas en el Código Nacional de Electricidad (CNE) y corresponde a las instalaciones que se efectúan a partir de la acometida hasta los puntos de utilización. En términos generales comprende a: •
las acometidas:
Aquí se recibe la energía eléctrica del concesionario, de acuerdo al sistema de distribución de la zona donde se ubica el proyecto. En las fotografías siguientes se puede apreciar un registro del voltaje instantáneo que se recibe en el suministro trifásico cuya caja toma tipo F2 y medidor se muestran, el período de tiempo graficado es de 16.67 milisegundos, que corresponde a un ciclo de un sistema de 60 ciclos por segundo (60Hz), en la ciudad de Lima, para un cliente comercial, obtenido con un medidor de calidad de energía eléctrica, se pueden observar que los voltajes recibidos son de 223.8, 224.8 y 223.5 Voltios y que se encuentran dentro de los valores permitidos por la norma técnica de calidad para 220Voltios, que deben estar entre 209 y 231 Voltios:
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Medidor kWh
Transformador de corriente
Caja Toma
Tres (3) Tensiones recibidas del concesionario (Enel), sistema trifásico, 220 Votios, 60Hz
La energía también se recibe en media tensión. En el presente informe sólo consideraremos las instalaciones en baja tensión. •
Los alimentadores:
Corresponden a los conductores eléctricos que llevan la energía eléctrica desde la acometida hasta el tablero general, se puede apreciar a continuación el alimentador con cables tipo LSOH (N2XOH de 300mm2), en bandeja metálica de 300x 10mm, con tapa, en la fotografía del lado izquierdo. En el lado derecho se aprecian cables alimentadores NYY de 120mm2, varias ternas de cables alimentadores por tuberías de 100mmØ de PVC clase pesada y por cámaras de concreto armado para una planta industrial:
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•
sub-alimentadores: En la fotografía se observan los cables de salida de los subalimentadores, color negro, que llevan la energía elécrica a los subtableros eléctricos.
•
Tableros Se observa un tablero y las salidas de los circuitos derivados protegidos en tuberías flexibles:
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•
sub-tableros:
En los subtableros se encuentran los interruptores que controlan a los circuitos derivados para alumbrado, tomacorrientes y cargas especiales:
•
circuitos derivados y cargas:
Llevan la energía eléctrica desde los bornes de los interruptores hasta los equipos que lo transforman en otras formas de energía:
El circuito derivado alimenta a los tomacorrientes:
Luminarias alimentadas por un circuito derivado para alumbrado
Máquinas de juego electrónico, alimentadas por los circuitos derivados
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•
Sistemas de protección y control:
Permiten la operación del sistema eléctrico de baja tensión controlando el modo de operación, por ejemplo en el caso mostrado la operación en paralelo de grupos electrógenos en condiciones de emergencia, y también por cierto tiempo en paralelo simultáneamente con la energía comercial mientras se le transfiere la totalidad de la carga eléctrica:
•
Sistemas de medición y registro:
Permiten tomar información de los parámetros eléctricos del alimentador o circuito en el que se instalan, cuentan con equipos de medición y de comunicación mediante interfases hombre máquina para acceder a los valores registrados visualmente o mediante archivos. Utilizan equipos auxiliares para registrar los parámetros como voltajes, corrientes y procesadores para calcular potencias, energías activas y reactivas, factores que miden la calidad de las tensiones y corrientes, etc
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•
Alumbrado de emergencia:
Permiten que se salga de la edificación cuando no se cuenta con el suministro eléctrico en condiciones de emergencia. Es vital, conjuntamente con la señalización para proteger la vida de las personas en caso de que hayan muchas en el lugar.
•
Sistemas de puesta a tierra, y
Permiten controlar las posibles descargas a las personas originadas por contacto de alguno de los conductores con las partes metálicas de los equipos eléctricos, al ofrecer un camino alternativo a tierra para la corriente mediante la conexión con cable conductivo al pozo de tierra, malla de tierra, y en general sistema de puesta a tierra. Pueden estar constituidos por varilla metálica vertical, horizontal, flejes tendidos horizontalmente embebidos en cementos conductivo, mallas de cables, etc. Que se conectan a los tableros eléctricos para su distribución a los circuitos derivados de utilización de la energía eléctrica.
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•
Otros. Existen diversos elementos adicionales en las instalaciones eléctricas, así tenemos los bancos de condensadores para corregir el factor de potencia y disminuir la facturación por energía reactiva; los filtros de armónicos, para corregir la presencia de los componentes armónicos originados por la presencia de equipos electrónicos como computadores, televisores, etc. que originan corrientes con altos valores de Distorsión Armónica Total (THD, por Total Harmonic Distortion). Los transformadores de aislamiento, para controlar la propagación de ruidos en las señales de corrientes y mejorar la calidad de la energía eléctrica que se entrega a los equipos de cómputo y otros que son sensibles. UPS para entregar energía eléctrica a las instalaciones en caso de emergencias, recibiéndose energía de las fuentes de energía ininterruptible. Grupos Electrógenos, para entregar energía eléctrica en casos de emergencia o como única fuente. Fuentes alternativas de energía eléctrica como energía solar, energía eólica.
Se establece la obligación de realizar cálculos de iluminación. La norma establece niveles de iluminancia mínimos y señala que se deben tomar en cuenta las disposiciones del CNE y normas del Ministerio de Energía y Minas. Los locales para edificios multifamiliares y aquellos con afluencia de público deben contar con iluminación de emergencia. Los proyectos deberán incluir un análisis de la potencia instalada yy máxima demanda eléctrica que requieren las instalaciones proyectadas Los proyectos de instalaciones eléctricas interiores, conforme al título III Edificaciones, debe contener la siguiente información: • Memoria descriptiva. • Factibilidad y punto de entrega del servicio público de electricidad. • Planos de iluminación y tomas de corriente por niveles. • Plano de diagramas de tableros eléctricos. • Plano de detalles de banco de medidores. • Plano de detalles constructivos. • Especificaciones técnicas de los materiales. • Procedimientos de ejecución de ser necesarios. • Certificado de habilitación de proyectos. • Memoria de cálculos. El Código Nacional de Electricidad – Utilización, fue aprobado mediante Resolución Ministerial Nº032006-MEM/DM del 17 de enero del 2006 y entró en vigencia a partir del 01 de julio del 2006; y tiene como objeto establecer las reglas preventivas para salvaguardar las condiciones de seguridad de las personas, de la vida animal y vegetal y de la propiedad frente a los peligros derivados del uso de la electricidad. Comprende las instalaciones y equipos en edificios, estructuras, 8
predios y en general toda edificación destinada a vivienda, comercio, industria, recreación o servicios, que operen o puedan operar en el rango de baja tensión hasta 1000 Voltios, y en alta tensión desde más de 1 000 Voltios hasta 36 000 Voltios. El CNE es de cumplimiento obligatorio por toda persona natural o jurídica, nacional o extranjera , que realiza trabajos o actividades en general, que estén relacionadas con las instalaciones eléctricas de sistemas de utilización , definitivas, de emergencia, así como las de carácter temporal. Para tensiones superiores a 36 000 Voltios el CNE-Utilización complementarse con el código Nacional de Electricidad - Suministro.
debe
Las reglas del CNE-Utilización se complementan con: • • •
Normas de la Dirección General de Electricidad del Ministerio de Energía y Minas (Normas DGE). Normas Técnicas Peruanas. Emitidas por otras Autoridades competentes en asuntos complementarios a este tema.
2. ¿Qué tipos existen (nombrar y definir) y de estos cuales son los más empleados en nuestro país? Las instalaciones eléctricas en edificaciones se pueden clasificar de acuerdo a aquellos tipos de edificaciones a las que sirven, por ejemplo residenciales, para edificios multifamiliares, para locales comerciales, para industrias, hospitalarias, etc. Cada tipo de instalaciones de acuerdo a su utilización ofrece particularidades que los diferencian de las demás; así en los edificios multifamiliares tenemos los bancos de medidores. En las edificaciones comerciales es muy importante la buena reproducción de los colores por razones de llamar la atención de los potenciales compradores. En las instalaciones industriales es muy importante la protección eléctrica y mantenerlas en óptimas condiciones para evitar las interrupciones al proceso productivo. Otro modo de clasificarlas puede ser de acuerdo al voltaje para las que se diseñan, por ejemplo de muy baja, baja o media tensión. De acuerdo al tipo de tensión que utilizan, de corriente continua, de corriente alterna. Todas las instalaciones se utilizan en el país en los diversos ámbitos del quehacer de la sociedad.
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3. ¿Cuáles son los materiales, elementos y/o productos que se emplean y qué características deben tener dependiendo el tipo de edificación (hoteles, centros comerciales, viviendas, planta industrial, etc.)? Los materiales, equipos, instrumentos, que se utilizan en las instalaciones eléctricas son: a) Conductores eléctricos: b) Tuberías y accesorios para proteger los conductores eléctricos: plásticas, tuberías metálicas, cajas de pase, de salida, tableros, instrumentos de medición, instrumentos de protección. Detallamos a continuación. c) Bandejas y accesorios para proteger a los conductores eléctricos: d) Canaletas y accesorios para proteger los conductores eléctricos: e) Cajas para protección y distribución de los conductores eléctricos: f) Tableros eléctricos y accesorios: g) Interruptores de control de alumbrado, interruptores horarios. h) Tomacorrientes i) Contactores j) Relés.
En las instalaciones eléctricas residenciales las demandas de potencia son las menores comparativamente En las instalaciones industriales las exigencias a los elementos de los circuitos eléctricos son superiores, como por ejemplo en la capacidad de soportar cortocircuitos, por el requerimiento de trabajo continuo y exigente, algunas veces continuo durante todo el año con cantidad mínima de paradas, y estar expuestas a mayores valores de corrientes de cortocircuitos. Esto excede a los requerimientos de las instalaciones residenciales y comerciales. En las instalaciones hospitalarias, además de requerirse continuidad en el servicio se requiere mayor rapidez en tener la disponibilidad de la energía eléctrica en caso de interrupción en el servicio público comercial. Se requiere que los sistemas de puesta a tierra cumplan con alta eficiencia su función, especialmente en las áreas de cirugía en las que las interacciones con tensiones espurias pueden generar riesgo a la vida de los pacientes.
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4. ¿Cómo es el proceso de instalación? Explicar por pasos antes, durante y después. El proceso de Instalación desde el punto de vista de la especialidad de Ingeniería Eléctrica, se debe iniciar contando con el proyecto de Instalaciones Eléctricas debidamente aprobado por las autoridades técnica y administrativa, competentes. Existe tendencia a regularizar las edificaciones sólo con la revisión de las especialidades de arquitectura y estructuras, pero debe tomarse en cuenta que las instalaciones eléctricas mal diseñadas, mal construidas o con mantenimiento deficiente puede destruir las edificaciones y generar gravísimos daños a las propiedades, la vida, la salud de las personas, animales, y al medio ambiente, tal como ha quedado demostrado en nuestro país por incendios de gran magnitud que se pueden evitar con un manejo multidisciplinario cuidadoso de las edificaciones desde su concepción hasta el fin de su vida útil. Por supuesto que esto exige disciplina y organización, a esto se debe tender con todas nuestras fuerzas como sociedad y como país. Las Instalaciones Eléctricas en las Edificaciones se ejecutan conjuntamente con la construcción de éstas, por lo que es importante la coordinación conforme a un cronograma detallado de la construcción, permitiendo el tiempo necesario para cada una de las actividades. Un vicio muy extendido en nuestra sociedad es dar un plazo y hacerlo cumplir a como de lugar, festinando actividades necesarias y muy importantes que llevan a la construcción, muchas veces, con deficiencias o saltando pasos que atentan contra la calidad integral del proceso, generando instalaciones eléctricas con deficiencias. Otro factor que se observa es la participación de personal insuficientemente calificado en las construcciones, en todos los niveles, lo que atenta gravemente en la calidad del producto final; se encarga la supervisión general a profesionales ad hoc como arquitectos o ingenieros civiles, pero no se cuenta con la supervisión especializada de Ingenieros electricistas o electromecánicos, o electrónicos para asegurar la construcción debidamente, lo que es muy recomendable; lo mismo aplica para todas las especialidades que intervienen en la construcción, Muchas veces se confunde el pseudo ahorro con la economía bien llevada, porque a la larga los costos son mayores y algunas veces lleva a la pérdida de gran parte de la inversión cuando hay eventos como incendios, destrucción de las edificaciones construidas o partes de ellas. En base al proyecto aprobado, se planifica la construcción mediante el desarrollo de la ingeniería de detalle de las instalaciones proyectadas, se generan los detalles y procesos constructivos necesarios, se generan los listados de requerimientos de materiales, equipos, herramientas instrumentos de medición y de pruebas, de personal, gestionar las compras y adquisiciones, se programando las acciones de control para asegurar la calidad, se estable la relación de stakeholders (interesados en el proyecto, en este caso de instalaciones eléctricas), se identifican los riesgos en el proceso a fin de controlarlos. Se programan los costos debidamente, para cuyo efecto se debe haber establecido el nivel de calidad de los requerimientos, porque hay tendencia a “ahorrar” y se disminuye la calidad de las Instalaciones Eléctricas haciendo adquisiciones de elementos de mala calidad por cuidar el precio inicial 11
indebidamente, por desconocimiento. Se debe programar la ejecución de acciones de control de calidad. Se programan las pruebas. Se procede a la ejecución de las obras, con supervisión permanente. Loos técnicos y obreros deben tener la capacitación en la especialidad para asegurar que la construcción sea la requerida. Culminada la construcción se deben efectuar las pruebas y emitir los protocolos respectivos. Posteriormente, luego de la entrada en servicio es importante contar con un plan anual de mantenimiento preventivo y en base a la ejecución de estos establecer los mantenimientos correctivos o programar los reemplazos o remodelaciones oportunamente. En los planeamientos es deseable utilizar las técnicas de gerencia de proyectos mediante Project Management Body of Knowledge. 5. ¿Qué características debe tener la edificación donde se planea realizar una instalación eléctrica? Deben estar proyectadas de acuerdo a las normas técnicas, para que las instalaciones eléctricas de la misma manera cumplan con las que le corresponden. En nuestro medio existe un porcentaje importante de autocostrucción, en el universo total de ejecución de edificaciones. En dichos procesos se encuentra la ejecución de las instalaciones eléctricas por personal no capacitado, que funge de proyectista y constructor, en base a que consideran que están capacitados para todo, sin haber recibido la capacitación requerida. Esto origina construcción de edificaciones defectuosas. La labor de control de las autoridades es deficiente por ignorancia o por corrupción. Esto debe ser superado por nuestro país, por lo que es urgente desterrar la corrupción de estos procesos. 6. ¿Qué deficiencias podríamos encontrar durante el desarrollo de esta actividad? • • • •
Falta de proyectos. Proyectos que no cumplen con las normas. Ejecuciones que no cumplen con los proyectos. Falta de mantenimiento preventivo y correctivo.
Son deficiencias que originarán instalaciones eléctricas defectuosas o con mantenimiento defectuoso que originarán accidentes o daños, muchas veces irreparables. 7. ¿Qué consideraciones técnicas se debe tener a la hora de efectuar una instalación eléctrica (ejemplo Toma de tierra, etc.)? ¿Qué
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requerimientos se le solicita al operario antes de empezar a ejecutar esta actividad? Se debe contar con el planeamiento de la ejecución bajo el concepto de trabajo seguro, con análisis de riesgos y las medidas de mitigación correspondientes. También contar con todos los materiales, herramientas, equipos de seguridad personal, y supervisión de seguridad. El personal debe tener SCTR y antes de iniciar las labores realizar charla de seguridad a cargo del profesional a cargo, el maestro de obra o un técnico capacitado. Las actividades se deben ejecutar por lo menos por dos personas. 8. ¿Qué medidas de seguridad se deben considerar al momento de realizar estos trabajos? El personal debe contar con EPP (equipos de protección personal). El personal debe contar con SCTR. Se debe contar con un supervisor técnico de la especialidad encargado de controlar la ejecución del trabajo. Se debe contar con un supervisor de seguridad. 9. ¿Cuánto es el tiempo de durabilidad de estas instalaciones? Por encima de 20 años, con el debido mantenimiento. 10. ¿Cómo es el proceso de mantenimiento de estas instalaciones? ¿Cómo se controla su funcionamiento óptimo? El mantenimiento preventivo de las Instalaciones Eléctricas debe ser periódico, con una periodicidad mínima de un año. En casos necesarios de acuerdo al requerimiento de las instalaciones de acuerdo a su uso. El mantenimiento preventivo debe considerar: •
Inspección visual del estado de las instalaciones eléctricas.
•
Prueba de operatividad de las instalaciones eléctricas.
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Limpieza general.
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Ajuste de los pernos y verificación con torquímetro.
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•
Mediciones de los parámetros de operación de las instalaciones eléctricas para verificar que se encuentran dentro de los valores recomendados por las normas y/o los fabricantes; también para verificar si se está tomando la carga dentro de la potencia contratada:
Potencia contratada actual 332kW en 10kV
Se muestran los registros de mediciones de potencias en un Centro Comercial y Mercado ubicado en Ate, el cual tiene una potencia contratada de 332kW y se encuentra mediante los registros que está demandando 307.2kW, valor cercano a 332kW, por lo que se procedió a solicitar incremento de potencia contratada. Se muestran los kVA, kW y kVAR, que están en forma decreciente
•
Ejecución de pruebas específicas de los materiales o de los equipos.
•
Ejecución de pruebas de continuidad.
•
Ejecución de pruebas de aislamiento de tableros eléctricos.
•
Ejecución de pruebas de aislamiento de conductores eléctricos.
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•
Ejecución de pruebas termográficas para detectar puntos con altas temperaturas (puntos calientes).
El registro termográfico adjunto, corresponde a los cables de salida en baja tensión (220Voltios) de un transformador en el que se determina que hay una temperatura de 85.2ºC, que resulta alto si se compara con el registro en los demás terminales, lo que nos indicaba alguna inconformidad, por lo que se programó el cambio de los terminales de todos los cables de salida. Durante la ejecución del trabajo se encontró que un cable estaba recalentado debido a que el terminal estaba un poco abierto en el borne final del terminal metálico (este proceso tomó veinte años): Se muestra el proceso de recortar un tramo de 0.50m del cable y cambio del terminal metálico, con lo que se superó la inconformidad técnica. En este caso resultó valioso el diagnóstico mediante termografía.
Así se encontró el estado del cable recalentado durante un proceso de veinte años, la foto muestra luego de que se abrió el cable para observar su estado
Así quedó el cable luego del retiro de un tramo de 0.50m y cambio de terminal. Listo para seguir operando normalmente:
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Mediciones de niveles de iluminación.
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Mediciones de resistencia de puestas a tierra.
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Mantenimiento de pozos de puesta a tierra.
• Pruebas de operación de interruptores: Dentro de las pruebas al interruptor se efectúan pruebas de resistencia de los contactos. Muestro la medición con micro-ohmímetro, se obtuvieron valores del orden de 7 micro ohmios:
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El mantenimiento correctivo debe realizarse de acuerdo a lo recomendado por las inconformidades observadas durante el mantenimiento preventivo, o de acuerdo al estado que se encuentren de las instalaciones que requieren reparación: Muestro un tomacorrientes que ha estado atendiendo a una carga de secadora eléctrica de ropa superior a su capacidad, habiéndose dañado y nos solicitaron verificarlo, encontrándose en el estado mostrado:
11. ¿Qué normativas peruanas e internacionales se deben cumplir? • • • • • • •
Reglamento Nacional de Edificaciones. Código Nacional de Electricidad – Utilización. Código Nacional de Electricidad – distribución. Normas de la Dirección General de Electricidad del Ministerio de Energía y Minas (Normas DGE). Normas Técnicas Peruanas. Emitidas por otras Autoridades competentes en asuntos complementarios a este tema. Normas Técnicas Internacionales sobre materiales, equipos, herramientas, procedimientos.
12. ¿Hay alguna nueva tecnología que se esté usando para las instalaciones eléctricas en las edificaciones? La domótica, que es el conjunto de tecnologías que son aplicadas al control y automatización inteligente de la vivienda, que optimiza la gestión de la energía, actuando en la seguridad y confort, permitiendo la comunicación entre el usuario y el sistema. El sistema domótico recoge información de los sensores, los procesa y emite órdenes a los actuadores. Actúan sobre las luces, climatización, multimedia, seguridad, cuartos, servicios. La inmótica se refiere remota, centralizada y automatizada de edificios con el fin de optimizar recursos, reducir costos y disminuir el consumo innecesario de energía, al mismo tiempo que aumenta la seguridad y el confort.
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Por otro lado, se tienen nuevos productos por el desarrollo tecnológico; por ejemplo los equipos eléctricos que como tableros que muestran la información técnica de los equipos mediante proyección holográfica. El witricity (electricidad sin conductores), que permite cargar los equipos eléctricos sin requerir conectarlo al tomacorrientes, sino tomándolo del espacio del ambiente al cual se ha emitido energía a bajas frecuencias.
Nombre: ANTONIO RÓMULO PADILLA CARRANZA INGENIERO ELECTRICISTA REGISTRO CIP Nº 21426 Cargo: Gerente General Empresa: APC CONTRATISTAS GENERALES S.A. Foto Institucional:
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