Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial
Esquema de arranque de un motor monofásico
TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
RODOLFO GUAS
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Breve explicación de los componentes en el arranque del motor monofásico 1. Contactos: Normalmente abiertos (NO – NA): no existe paso de corriente eléctrica. Normalmente cerrados (NC –NC): existe paso a la corriente eléctrica.
2. Botoneras (pushbotton) Botón verde: cuando se presiona el motor arranca. (interruptor encendido) Botón rojo: cuando se pulsa el motor se detiene. (interruptor apagado)
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3. Interruptor de encendido: Cuando se presiona se energiza el circuito, para que arranque el motor es necesario que se presionen los push-botton.
4. Contactor: (partes) Posee los contactos principales NO, para el circuito de fuerza. Posee una bobina que al accionarse provoca que los contactos NO, se cierren (NC), para que fluya la corriente al motor. Tiene contactos auxiliares para el circuito de control.
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5. Relé térmico de sobrecarga (protección) Cuando se incrementa la corriente del motor, abre el circuito. Funciona contra sobrecargas, es decir es un elmento térmico.
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¿Qué es un Contactor? El contactor es un aparato eléctrico de mando a distancia, que puede cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga. Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico. Su principal aplicación es la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos eléctricos relacionados con instalaciones de motores. Excepto los pequeños motores, que son accionados manualmente o por relés, el resto de motores se accionan por contactores. Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, que pueden estar abiertos o cerrados, y que hacen de interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito. La bobina es un electroimán que acciona los contactos cuando le llega corriente, abre los contactos cerrados y cierra los contactos abiertos. De esta forma se dice que el contactor está accionado o "enclavado". Cuando le deja de llegar corriente a la bobina los contactos vuelven a su estado anterior de reposo y el contactor está sin accionar o en reposo. Aquí vemos un contactor real y el símbolo que se utiliza para los circuitos:
En el contactor real los contactos de conexión de la bobina se llaman A1 y A2 siempre. Los contactos del circuitos de salida o de fuerza se llaman 1-2, 3-4, etc. y los contactos auxiliares, para el circuito de mando o control, suelen llamarse con número de 2 cifras, por ejemplo 13-14. Luego veremos esto mejor con esquemas concretos.
Su funcionamiento es muy sencillo, vamos a explicarlo y ver sus partes. Funcionamiento de un contactor TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Si te fijas en la imagen anterior tenemos un contactor con 4 contactos abiertos y el último es un contacto cerrado en reposo. Si hacemos llegar corriente a la bobina, está que está formada por un electroimán, atrae hacia sí el martillo arrastrando en su movimiento a los contactos móviles que tirará de ellos hacia la izquierda. Esta maniobra se llama "enclavamiento del contactor". Todos los contactos que estaban abiertos ahora serán contactos cerrados, y el último que estaba cerrado ahora será un contacto abierto. Cuando la bobina está activada se dice que el contactor está enclavado. En el momento que dejemos de dar corriente a la bobina el contactor volverá a su posición de reposo por la acción del muelle resorte, dejando los contactos como estaban al principio, al tirar de ellos hacia la derecha. El contactor de la figura anterior tiene 3 contactos de fuerza, por lo que serviría para un sistema trifásico (3fases). En el caso de un contactor monofásico (solo la fase y el neutro) sería el siguiente caso.
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Contactor trifásico
Si te fijas la bobina se activa a través de un interruptor por una fase y el neutro (L1 y N), es decir a 220V. Se conecta a los bornes A1 y A2 del contactor real. El motor trifásico se activa a través de los contactos principales del contactor con las 3 fases (L1, L2 y L3), por ejemplo a 400V (o 380V). Se conecta en los contactos reales del contactor de fuerza 1-2, 3-4, 5-6. Los contactos 13-14 y 21-22 son para el circuito de control que luego veremos. Cuando activamos el Interruptor le llega corriente a la bobina y el contactor se enclava cerrando los contactos principales y arrancando el motor eléctrico. Cuando desconectamos la corriente a la bobina mediante el interruptor, deja de llegarle corriente a la bobina y los contactos vuelven a la posición de reposo haciendo que el motor se pare. Este es un arranque básico y directo, luego veremos algunos circuitos más para los arranques de motores trifásicos, como por ejemplo el arranque estrella-triángulo. Como ves en los circuitos de los contactores se distinguen dos circuitos diferentes, el circuito de mando, que será el que active o desactive la bobina y el circuito de fuerza, que será el que arranque o pare el motor.
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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial El circuito de mando suele ser un circuito a menor tensión e intensidad que el circuito de fuerza. De ahí que los contactos principales o de fuerza sean más gordos que los auxiliares. En el esquema anterior no hemos usado los contactos auxiliares, solo el de la bobina, pero ya verás como se utilizan, por ejemplo para la autoalimentación. Una de las características básicas de un contactor es su posibilidad de maniobra en circuitos sometidos a corrientes muy fuertes, en el circuito de fuerza, pero con pequeñas corrientes en el circuito de mando. Con una pequeña corriente (circuito de mando) podemos accionar un circuito de fuerza con mucha potencia o corriente. Por ejemplo para activar la bobina podemos hacerlo a 0,35A y 220V y para el de circuito de Fuerza podemos usar una intensidad de arranque del motor de 200A.
Categoría de los contactores La elección del calibre adecuado para un contactor depende directamente de las características de su aplicación concreta. Aunque el parámetro característico de un contactar es la potencia o la corriente efectiva de servicio que deben soportar los contactos principales, deberemos considerar otros aspectos: -Las características del circuito o carga que se debe controlar: tensión de trabajo, transitorios a la puesta en tensión y tipo de corriente (CC O CA). - Las condiciones de trabajo: número de maniobras por hora, cortes en vacío o en carga, temperatura ambiente, etc. Así, las aplicaciones indicadas para un contactor dependen de la denominada categoría de operación o categoría de servicio que tenga el mismo. Esta categoría viene indicada en la carcasa del dispositivo y específica para qué tipo de cargas es adecuado el contactar. Las cuatro categorías existentes son las siguientes: - AC1 (condiciones de servicio ligeras). Contactores indicados para el control de cargas no inductivas o con poco efecto inductivo (excluidos los motores), como lámparas de incandescencia, calefacciones eléctricas, etc. - AC2 (condiciones de servicio normales). Indicados para usos en corriente alterna y para el arranque e inversión de marcha de motores de anillos, así como en aplicaciones como centrifugadoras, por ejemplo. - AC3 (condiciones de servicio difíciles). Indicados para arranques largos o a plena carga de motores asíncronos de jaula de ardilla (compresores, grandes ventiladores, aires TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial acondicionados, etc.) y frenados por contracorriente. - AC4 (condiciones de servicio extremas). Contactores indicados en motores asíncronos para grúas, ascensores, etc., y maniobras por impulsos, frenado por contracorriente e inversión de marcha. Por maniobras por impulsos debemos entender aquellas que consisten en uno o varios cierres cortos y frecuentes del circuito del motor y mediante los cuales se obtienen pequeños desplazamientos.
Arranque de Motores por Contactor Vamos a ver algunos circuitos básicos de arranque de motores por contactor. En este caso usaremos contactores trifásicos. - Circuito Directo por Interruptor: ya lo vimos anteriormente. - Arranque por Pulsadores con autoalimentación: tendremos dos pulsadores, el pulsador de marcha o arranque y el de paro. En este caso necesitamos una retroalimentación, para que al pulsar el pulsador de marcha el contactor siga alimentado (con corriente en la bobina) aún cuando soltemos el pulsador de marcha. Solo se parará cuando pulsemos el pulsador de paro. El esquema del circuito de mando sería el siguiente:
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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial El nombre del contactor es KM. Sp es el pulsador de paro, Sm es el pulsador de marcha, KM la bobina del contactor, un contacto auxiliar del propio contactor y los 3 contactos de fuerza para el motor. Fíjate que en el circuito de mando vemos la bobina del contactor con su nombre (KM) pero en el de fuerza no vemos la bobina. Por ese motívo hay que poner el nombre del contactor a los que pertenecen los contactos en el circuito de fuerza, ya que hay muchos circuitos que utilizan 2 o más contactores diferentes. Los contactos del circuito de mando son siempre auxiliares, y los de fuerza no. Algunas veces todos los contactos son iguales y da igual utilizar unos que otros, aunque esto depende del contactor. Si pulsamos Sm le llega corriente a la bobina y el contactor se activa cerrando el contacto auxiliar KM. Aunque dejemos de pulsar el pulsador de arranque la bobina del contactor sigue activada a través de KM, esto es lo que se llama autoalimentación o retroalimentación. Si ahora pulsamos “stop” deja de llegar corriente a la bobina el contactor parará el motor. Conexión estrella y Conexión triángulo Las bobinas de un motor trifásico (3 bobinas) se pueden conectar de 2 formas: en estrella y en triangulo.
Aunque este tema será abordado en el siguiente seminario.
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Partes del contactor
Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose comoelectroimán y atrayendo dichos contactos. Partes de que está compuesto un contactor: Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia. Contactos auxiliares: 13-14 (NO) Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este motivo soportarán menor intensidad que los principales. Circuito electromagnético: Consta de tres partes.1.- El núcleo, en forma de E. Parte fija. 2.- La bobina: A1-A2. 3.- La armadura. Parte móvil.
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Relé térmico El relé térmico,es un dispositivo electromecánico protector, que se utiliza especialmente en motores eléctricos. Es un aparato pequeño, pero contribuye a asegurar la vida de los motores industriales. Parte de su nombre, “térmico”, identifica la manera en que funciona. Estos dispositivos calientan los conductores a través de los cuales circula la corriente eléctrica. La función principal del relé térmico es proteger al motor de sobrecargas y recalentamientos. Existen varios aparatos, diseñados para realizar una función similar y alargar la vida útil de los motores. El relé térmico, posee ciertas características que lo convierten en el dispositivo idóneo para realizar esta función. Características del Relé Térmico
La característica principal es que está compuesto por una lámina bimetálica, formada por la unión de dos láminas de aleación de varios metales con diferentes coeficientes de dilatación. Los relé térmicos pueden ser utilizados en corriente alterna o continúa. Compensan la Temperatura. Después del disparo del relé, permite el reinicio de la máquina de forma rápida y con menor riesgo. Tienen función de parada y testeo. Evitan y reducen el tiempo de las paradas de la producción. Protege a los motores, pues impide que éstos funciones con sobrecarga débil y prolongada o recalentamiento. Permiten el rearranque manual, en máquinas que por razones de seguridad o técnica, requieren de la presencia de un operador calificado, o son de difícil acceso. Permiten el arranque automático, cuando se trata de son máquinas simples. Esto ocurre cuando se enfrían las biláminas, en un tiempo determinado. Cómo funciona el Relé Térmico El relé térmico está compuesto por dos láminas de una aleación de diferentes metales, hierro y niquel, y de latón. Estas láminas están unidas por soldadura o remache y son de diferentes coeficientes de dilatación, que reaccionan al calor. Esta es la base fundamental del funcionamiento del relé térmico. Al encender el motor se energiza la bobina magnética y el motor comienza a funcionar. Al recibir la corriente, tanto la resistencia de calentamiento como la lámina bimetálica del motor se calientan. Ante un paso normal de corriente la dilatación de la lámina es mínima y permite el normal funcionamiento del motor. Cuando ocurre una sobrecarga, o hay fallos o diferencias de carga en algunas de las fases, se activa la protección del relé. El calor generado por la resistencia es mayor, por lo tanto el calor que recibe la lámina bimetálica también. La lámina se curvara hacia arriba desplazando una placa de fibra. Este desplazamiento liberará la palanca que abre los TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial contactos de la bobina magnética, desconectando el circuito y parando el motor. Evitando que el bobinado del motor se queme. Lo que facilita la curvatura de la lámina, es la diferencia en la dilatación de los metales que la conforman. La curvatura se producirá hacia la lámina del metal con menor dilatación térmica. El relé térmico cuenta con una ruleta de intensidad, con la cual se puede regular, tomando en cuenta la Intensidad Nominal del Motor. Esta intensidad nominal se puede comprobar en la laminillas de las características del motor. Se debe tener precaución, en cuanto al tiempo que pudiera soportar el motor, un aumento en la intensidad. Esto permite que en ocasiones, aunque exista un aumento no muy prolongado en la intensidad de la corriente, el motor pueda seguir funcionando sin riesgo. Los relé térmicos, protegen tanto al motor, como a la línea eléctrica que lo alimenta, ante sobrecargas de corriente. Al enfriarse las láminas, el motor puede encenderse nuevamente, con el botón de encendido que cierra los contactos, o de forma automática si así esté configurado. Es importante resaltar que, si el motor se calienta, por razones diferentes a una sobrecarga, el relé no se disparará. Este puede ser el caso de cuando se daña el ventilador, lo que puede ocasionar que se queme el embobinado. El relé térmico no se dispara, porque no hay variación en la corriente. Un caso práctico de utilización de rele térmico fue en el circuito de golf del club de golf. Necesitaban utilizar motores para la iluminación de varias hectareas de campo para la realización de un campeonato. Utilizaron un relé térmico para la protección de la línea eléctrica. Tipos de Relé Térmico Existen tres diferentes tipos de relé térmico, con ciertas características que lo diferencian a uno de los otros, y los describimos a continuación:
Relé Tripolares: Este tipo de relé, es utilizado para cualquiera de las tres fases (monofásico, bifásico y trifásico). Relé compensado: Estos dispositivos no son afectados por los cambios de la temperatura ambiental. (entre -40 oC y +60 oC). Existe una lámina de compensación montada en oposición a las biláminas principales que corrige la curvatura producida por la temperatura externa, cuando no hay corriente. Por lo tanto, la curvatura que produce el cambio de la corriente eléctrica, es la única que puede mover la placa que libera los contactos y ocasiona que el relé se dispare. Relé Diferencial: Detectan las variaciones en alguna de las fases, tanto cortes como desequilibrios. Este tipo de relé, junto a las biláminas, tiene dos regletas que se mueven en conjunto con ellas. Cuando no hay corriente en una fase, esa bilámina no se deforma y se bloquea el movimiento de una de las regletas, lo que ocasionan que el relé se dispare. Es esencial en los cuadros automatizados industriales. TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Principales beneficios del uso de relé térmico. Ofrecen protección fiable para motores industriales. Facilidad para crear arrancadores. Es el sistema más simple de protección térmica por control indirecto. Permite en algunos casos el rearme eléctrico remoto. Clases de disparo del relé térmico Durante la fase de arranque el relé debe permitir que pase la sobrecarga que provoca la subida de corriente. Esto de manera temporal sin que se dispare, permitiendo el encendido del motor. Sin embargo, si la duración del arranque es superior al tiempo normal de funcionamiento, el relé debe dispararse. La norma IEC 947-4-1-1, con respecto a la duración del arranque normal del motor, define tres diferentes tipos de disparo para los relé térmicos. Estos son clasificados de acuerdo a los segundos que dura el arranque, a un 600 % de su corriente nominal. Los hay de clase 10, clase 20 y clase 30, representando que el tiempo máximo de duración del arranque es de 10, 20 y 30 segundos respectivamente. El relé térmico es un dispositivo de gran relevancia para proteger el motor de maquinarias. Como el todo, sus partes también son importantes. Cuáles son los usos del Relé Térmico
Estos aparatos son muy usados para salvaguardar los motores contra las cargas prolongadas, pudiéndose manejar con corrientes continua o alterna. Ellos aseguran la optimización u durabilidad de los motores, obstaculiza el recalentamiento anormal. Igualmente, certifican la continua explotación de las instalaciones y maquinarias, con el fin de evitar paradas imprevistas.
Además, tras un disparo, vuelven a arrancar con mayor agilidad, con mejores escenarios y seguridad, para las personas y los equipos. TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Partes del Relé Térmico Los relés están integrados por dos láminas con distinto coeficiente de dilatación, provocando que se curven cuando se calienta, al ser atravesado por una corriente eléctrica. Es esa curvatura la que detona un mecanismo de disparo, haciendo que se corte la alimentación eléctrica que transita de la bobina al contactor.
Parte interior de relé térmico
El relé térmico está compuesto por conductores eléctricos. Siendo estos últimos, elementos que aligeran la transferencia de energía eléctrica entre los receptores y el generador. Ofreciendo una mínima resistencia de transporte de las cargas eléctricas, por tal razón se usan elementos como el aluminio, el cobre y la plata. Por su parte, el conductor eléctrico del relé, está integrado por un alma de cobre, que contiene un hilo o quizás, varios que están trenzados. También posee aislamiento, para impedir que exista un contacto directo entre los conductores y las personas o entre distintos conductores.
Dispositivos para aislar el relé Los dispositivos más usados para aislar el relé, son las siliconas, propileno, etileno y el neopreno, entre otros. Una cubierta protectora, es parte del conductor, por ende del relé térmico . Ellas son las encargadas de proveer protección de los agentes externos a todos los conductores y a su aislamiento. TEMA 4: MOTORES ELÉCTRICOS TRIFÁSICOS
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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial A la cubierta se le coloca una pantalla que la bloquea contra las secuelas electromagnéticas. El conductor posee un hilo que puede ser de aluminio o de cobre. Varios hilos trenzados entre sí forman los cordones. De la misma manera los cables están integrados por diversos hilos sitiados entre sí. Con respecto al aislamiento, los hay desnudos, pues no tienen ninguna cobertura que los proteja de los contactos externos. Los aislados que están guardados del contacto entre ellos y de los contactos externos. Los relé térmicos contienen tres biláminas (bimetálico) compuestas por metal, la corriente que impregna el motor calienta los bobinados. Es allí cuando las biláminas (bimetálico) se desfiguran en mayor o menor proporción, según la fuerza de la corriente recibida. La desfiguración de las láminas dobles genera el movimiento giratorio de una leva al elemento de disparo Cuando las biláminas reciben una cantidad de corriente mayor al valor del reglaje del relé, se deforman bastante. Entonces, la pieza unida a las partes móvil de los contactos se suelta del tope donde está sujeta. Se podrá volver a armar el relé cuando las láminas dobles se enfríen. Habitualmente los relés térmicos poseen una sola bobina. una bobina abierta es una de las causas en los fallos de los relés.
Bimetálico Un relé térmico es un dispositivo de protección que funciona contra las sobrecargas y calentamientos, por lo que se utiliza principalmente en motores, con lo que se garantiza alargar su vida útil y la continuidad en el trabajo de máquinas, evitando paradas de producción y garantizando volver a arrancar de forma rápida y con seguridad. El elemento fundamental es una lámina bimetálica generalmente constituido por una aleación de hierro y níquel, y de latón de diferentes coeficientes de dilatación, consiguiendo que se deforme al aplicarle calor, desplazando en este movimiento una placa de fibra que actúa sobre la conmutación del contacto. Realmente hacen una función similar a los interruptores magnetotérmicos con la diferencia de que la velocidad de corte no es tan rápida como en estos. Este aspecto otorga la ventaja de que el motor en caso de funcionamiento con un pico de intensidad siga pudiendo trabajar siempre que este pico no se alargue en el tiempo, en cuyo caso actuaría el relé térmico. Es decir, otorga un poco de holgura en el funcionamiento.
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Para la elección hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé. Una vez instalado se debe regular ( ruleta de intensidad) a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo. Esta intensidad viene indicada en la placa de características del motor.
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Representación gráfica del relé térmico
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Que son los interruptores, pulsadores, conmutadores. Un pulsador es un interruptor o switch cuya función es permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica de manera momentánea, a diferencia de un switch común, un pulsador solo realiza su trabajo mientras lo tenga presionado, es decir sin enclavamiento. Existen pulsadores NC (NC) y NA (NO), es decir normalmente cerrados y normalmente abiertos. Los interruptores eléctricos, son dispositivos que sirven para desviar u obstaculizar el flujo de corriente eléctrica. Los Interruptores, a diferencia de los pulsadores disponen de enclavamiento bien por cambio de posición y los contactos se cierran o abren según el estado del interruptor. Hay diferentes tipos de interruptores: – Interruptores basculante: cuentan con una palanca que opera como actuante. Debe ser movilizada hacia una posición determinada con el fin de que se observe un cambio del estado del contacto. – Interruptor de pulsador: como su nombre indica, se conforma por un botón, el cual debe ser pulsado o presionado con el objetivo par que el estado del contacto sea modificado. – Interruptor rotativo: Dispone de un eje, el cual debe ser rotado hacia una postura específica con el propósito de que se observe un cambio en el estado del contacto. – Interruptor termomagnético: el interruptor es apagado automáticamente en caso de presentarse un cortocircuito o bien a la desactivación del interruptor cuando se produce una sobrecarga de corriente eléctrica. – Reed switch: un interruptor ubicado en una cápsula de vidrio. Se activa cuando existe un campo magnético – Interruptor DIP: constan de un conjunto de pequeños interruptores ligados entre sí, constituyendo una doble línea de contactos. – Interruptor de mercurio: está compuesto por una pequeña gota de mercurio ubicada en una capsula de vidrio. – Interruptor diferencial/disyuntor: se caracteriza por interrumpir la corriente eléctrica cuando las personas se encentran en peligro por falta de aislamiento
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Comandos y botoneras
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Pulsadores
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El botón verde representa: “on” “marcha” “start” El botón rojo representa: “off” “paro” “stop” Para emergencia se emplea “stop” tipo hongo (en la figura: botón rojo y fondo amarillo)
Partes de botonera
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