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UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER PROGRAMA DE ELECTRICIDAD Y TELEFONIA
PLAN DE TRABAJO DE GRADO
PARA USO EXCLUSIVO DEL COMITÉ DE TRABAJOS DE GRADO.
CONCEPTO DEL EVALUADOR
Aprobar No aprobar Aplazar por modificaciones Por aclaración Otros
Observaciones:
Participaron en el Comité de Trabajos de Grado:
NOMBRE CARGO FIRMA
___________________________________________El presidente del Comité de Trabajos de Grado.
MODALIDAD: práctica social comunitaria
1.1 EVALUADORES
1.2 Nombre Profesión Institución
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ESTUDIANTES RESPONSABLESNOMBRE CÓDIGO CARRERA FIRMA
Los firmantes aceptan tener pleno conocimiento de las normas que reglamentan la presentación y evaluación de trabajos de Grado y se comprometen a su cumplimiento.
FECHA: Julio de 2015 RECIBIDO:
TITULO DEL PROYECTO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE BANCO DE PRUEBAS QUE PERMITA REALIZAR PRÁCTCAS SOBRE CIRCUITOS POLIFÁSICOS.
DIRECTOR DEL PROYECTO CODIRECTOR DEL PROYECTO
NOMBRE: NOMBRE: ____________________________
FIRMA: FIRMA: ____________________________
CC: CC: _______________________
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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN:
Las Unidades Tecnológicas de Santander es una institución universitaria, acreditada y reconocida por la calidad en la formación de ciudadanos de bien, que contribuirán al desarrollo social, económico, científico, tecnológico, ambiental y cultural de la sociedad la cual se encuentra en proceso de expansión teniendo como sede principal en Bucaramanga y sus sedes secundarias están ubicadas de la siguiente manera: el departamento de Santander encontramos: San gil, Vélez y Barrancabermeja, en el departamento de Norte Santander: Cúcuta.
Actualmente en la sede de Cúcuta, funciona en el Colegio Salesiano, pero se tiene como meta funcionar próximamente en el Colegio INEM, es por este motivo que para estar al día con la tecnología y con el desarrollo de nuestra institución que promete ser uno de los mejores del oriente colombiano se han proyectado los laboratorios de Maquinas Eléctricas y de Accionamientos eléctricos entre otros como sistemas modulares, fácil de trasportar y de fortalecer, adicionando más módulos y equipos, dotación que se ha proyectado conseguir en esta primera fase con recursos de nuestros estudiantes, posteriormente a través de donaciones de industriales y empresas del sector que más adelante se beneficiarán de nuestros mismos egresados y aportes propios de nuestra institución educativa, logrando en corto y mediano plazo mejora la infraestructura de Laboratorios y mejorar nuestra dotación tecnológica trayendo mayores beneficios para la comunidad juvenil y seguir con subsidios para la educación superior.
La sede del Colegio Inem, cuenta con grandes espacios que permiten en forma ordenada y coherente en mediano plazo y a través de esta modalidad de proyectos contar con laboratorios acorde a la academia ofrecida sin tener que recurrir como ahora a convenios y ayudas de otras instituciones educativas.
En este caso particular, se desarrollara el DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE BANCO DE PRUEBAS QUE PERMITA REALIZAR PRÁCTICAS SOBRE CIRCUITOS POLIFÁSICOS, pues en los actuales momentos la UTS en la Ciudad de Cúcuta, no cuentan con Laboratorios propios que permitan comprobar los conceptos teóricos adquiridos en las aulas de clase. Como solución al problema, se ha planteado el diseño y la construcción de bancos de pruebas, que cumplan con el estándar requerido por la UTS y que permitan en corto y mediano plazo, obtener laboratorios propios que satisfagan la complementación práctica requerida en los diferentes pensum de la carrera. Es por este motivo que se presenta para aprobación este proyecto.
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El objetivo de este proyecto es beneficiar a las Unidades Tecnológicas de Santander UTS, sede Cúcuta, de manera que en corto plazo, las facultades pueden crecer su alcance a nivel departamental y mejorar su calidad educativa, al programa para que más gente conozca la carrera, dar a conocer las aptitudes del personal estudiantil, a nosotros para poder aplicar los conocimientos adquiridos en el trascurso de la carrera y afianzar conceptos ganando experiencia a nivel laboral, pero el objetivo principal es beneficiar a la comunidad dando oportunidades de estudio.
2 MARCO CONCEPTUAL.2.1. Normatividad legal establecida para el sector energético.
Con el banco de pruebas se podrá comprobar las diferentes situaciones que se presentan en la distribución de energía por baja tensión (red derivada de bornes de baja tensión de un transformador de distribución) y a las diferentes cargas en que expone un red en su funcionamiento cotidiano.En Colombia el ejercicio de la prestación del servicio de energía eléctrica está enmarcado por la leyes 142 de 1994 o ley de servicios públicos y la ley 143 de 1994 o ley eléctrica. A partir de su promulgación y reglamentación a través de múltiples decretos se han definido requisitos, criterios, conceptos y normas que a la fecha han establecido estándares, que garantizan la calidad, confiabilidad y continuidad del servicio de energía eléctrica.Es por esto que el suministro de energía ha sido uno de los mejores servicios públicos que se ha prestado, día a día se ha venido trabajando por parte del gobierno nacional y el ministerio de minas y energía para que se siga evolucionando en la prestación del servicio. Por tal razón se han publicado ciertas bases legales a las que las empresas electrificadoras han tenido que regirse para responder en su trabajo. Actualmente el sistema de energía que suministra dicho servicio a la comunidad urbana y rural en gran parte de Colombia cuenta con gran cantidad de requisitos de eficiencia por parte de las empresas correspondientes, esta normatividad es bajo la cual las empresas deben regirse para su operación, adaptando cada elemento conectado a su instalación y basándose en los parámetros de diseño de cada uno de ellos (valores nominales de cada equipo eléctrico).Actualmente con el fortalecimiento e implementación del RETIE, la actividad en el ejercicio de la distribución y aplicación de la energía, hace que tanto los procesos de fabricación de los elementos que conforman parte de un sistema de distribución como los materiales que se requieren cumplan con estándares de calidad,
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debiendo contar con Certificados de conformidad del producto y con certificados y/o homologación del proceso.Adicionalmente, toda persona que realiza una obra de construcción, remodelación o adición a la infraestructura eléctrica deberá cumplir con estándares detallados y durante el proceso de construcción deberá utilizar procedimientos y buenas prácticas que garanticen que el CERTIFICADOR, pueda emitir un buen concepto pues toda obra debe contar con CERTIFICADO DE CALIDAD EMITIDO POR UNA AUTORIDAD COMPETENTE.
Las normas y reglamentos aplicables actualmente a nivel nacional y regional son
las siguientes:
2.1.1 RETIE: Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas adoptado por Colombia.
2.1.2 RETILAP: Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público
2.1.3 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA (NTC) 2050: Norma técnica aprobada o adoptada como tal por el organismo nacional de normalización.
2.1.4 Normas Técnicas Centrales Eléctricas del Norte de Santander. (CENS S.A. E.S.P Grupo EPM).
2.1.5 ICONTEC: NTC 4552:1999, Norma de protección contra Rayos.2.1.6 ICONTEC: NTC 2206:1986, Electrotecnia. Equipo de Conexión y Puesta a Tierra.
2.2 EQUIPOS QUE CONFORMAN EL BANCO DE MEDIDA.
Con el banco de pruebas para la práctica en circuitos polifásicos se pretende dotar a la universidad de una herramienta muy importante para dar soporte a la información teórica recibida y poder demostrar y soportar el modelo matemático realizando mediciones con equipos ideales que demostraran la veracidad de los resultados obtenidos.
El banco tiene implementados los siguientes elementos:
MUEBLE METALICO SOPORTE PARA MONTAJE DE IMPLEMENTOS ELECTRICOS
Base para banco de pruebas elaborado en tubo rectangular de tres pulgadas por una y media pulgada, pintado en pintura sintética horneable.
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lamina cold roll calibre veinte en la parte frontal como base para el montaje de los elementos que componen el banco y frontal como compuerta de la caja de agrupamiento formada en el banco
Mesa para montaje y área de trabajo componente del banco elaborada en madera nogal de 127cm por 40 cm por 1,5 cm.
ELEMENTOS IMPLEMENTADOS PARA CONSTRUIR IMPEDANCIAS COMO CARGA
resistencias variables de 125, 250 y 500 ohmios(Ω)
Condensadores de 350 microfaradios para construcción de impedancias variables
Bobinas de 330 vueltas construidas en calibre 22 núcleo de aire usadas como inductancias que formaran parte de las múltiples variables a construir.
ELEMENTOS IMPLEMENTADOS PARA LA MEDICION DE VARIABLES ELECTRICAS
Voltímetro análogo
Amperímetro análogo
Cosenofimetro análogo
Contador de energía activa y reactiva (Kvh – Kvhr)
Equipo para la medida de potencia activa y reactiva
Transformadores de corriente
2.3CONEXIONADO Y DETALLES DEL MISMO Las conexiones a realizar en banco de pruebas para la práctica de circuitos polifásicos serán elaboradas en cable número 14 tipo vehículo en colores blanco y negro y estarán dispuestas de manera que se dibuje eléctricamente dos esquemas visibles, uno en estrella y otro en triangulo cuyas conexiones tendrán continuidad entre si además de permitir la construcción de impedancias que cerraran el circuito.Los puntos variables para montajes y mediciones serán implementados con bananas hembras de color rojo para los puntos de medición y negras para montaje del circuito como tal.
2.4PRACTICAS HA REALIZAR
Medida de potencia (activa, reactiva) en un circuito trifásico resistivo por el método de un vatímetro para cada una de las fases.
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Medida de potencia (activa, reactiva) en un circuito trifásico inductivo por el método de un vatímetro para cada una de las fases.
Medida de potencia (activa, reactiva) en un circuito trifásico capacitivo trifásica por el método de un vatímetro.
Medir el factor de potencia en un circuito trifásico resistivo utilizando el cosenofimetro.
Medir el factor de potencia en un circuito trifásico inductivo utilizando el cosenofimetro.
Medir el factor de potencia en un circuito trifásico capacitivo utilizando el cosenofimetro.
Medida de potencia en un circuito trifásico (resistivo, inductivo y capacitivo) a 4 hilos en conexión estrella.
Medida de potencia en un circuito trifásico(resistivo, inductivo y capacitivo) a 3 hilos en conexión delta.
Medida de energía en circuito trifásico (resistivo, inductivo y capacitivo)
Para las prácticas anteriores realizar las medidas de corriente de línea, de fase y las tensiones de línea y de fase con los dispositivos eléctricos amperímetro y voltímetro análogo y crear una tabla de datos.
Realizar la práctica para corregir el factor de potencia de un circuito inductivo trifásico utilizando un banco de condensadores en conexión delta en paralelo al circuito.
Realizar la simulación de cada uno de los circuitos de la práctica: o En las simulaciones varíe las resistencias entre 100 y 900 [Ω], las capacitancias entre 2.5 y 27.7 [μf], y las inductancias entre 0.18 y 1.3 [H].
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3. DEFINICIONESCosenofímetro: Es un instrumento para medir el factor de potencia (cosφ).
Vatímetro: Es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado.
Amperímetro: Es un instrumento que se utiliza para medir la intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico.
Medidor de energía. En Colombia la Energía Eléctrica se factura teniendo en cuenta la energía activa y la energía reactiva. De acuerdo con la ley, el cliente que tenga un factor de potencia por debajo de 0.9 se le factura la energía reactiva. Para el registro de las dos clases de energía existen medidores ya sea de tipo electrónico o electromecánico; en ambos casos, el registro de la energía se basa en la integración de la potencia en el tiempo.
Medidor: Es el conjunto de elementos electromecánicos o electrónicos que se utilizan para el registro del consumo de energía eléctrica, tanto activa como reactiva, y en algunos casos su demanda máxima. Existen varios tipos de medidores dependiendo de la construcción, tipo de energía que miden, clase de precisión y conexión a la red eléctrica. Ver diagramas: EMSA10501 y EMSA10502. Aunque existen instalados en terreno medidores electromecánicos, los nuevos a instalarse no podrán ser de este tipo.
Medición Directa: Es aquella en la cual se conectan directamente al medidor los conductores de la acometida, en este caso la corriente de la carga pasa totalmente a través de sus bobinas.
Medición Semidirecta: Es aquella en la cual las señales de corriente se toman a través de transformadores de corriente y las señales de potencial se toman directamente de las líneas de alimentación a la carga.
Medición Indirecta: Es aquella cuyo medidor de energía no está conectado directamente a los conductores de la acometida sino a bornes de equipos auxiliares de medición, tales como transformadores de corriente (TC) y de potencial (TP). Por este motivo la corriente que pasa a través del medidor es proporcional a la corriente de carga.
Transformador de corriente: Un transformador de corriente o “TC” es el dispositivo que nos alimenta una corriente proporcionalmente menor a la del circuito. Es de aclarar que un transformador de corriente por su aplicación se puede subdividir en transformador de medición y transformador de protección, no obstante los transformadores se diseñan para realizar ambas funciones y su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios, es decir desarrollan dos tipos de funciones, transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.
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Transformador de potencial: son aparatos en donde la tensión secundaria dentro de las condiciones normales de operación es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque un poco desfasada. Su principal función es transformar la tensión y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. El primario del transformador se conecta en paralelo al circuito por controlar y el secundario en paralelo con las bobinas de tensión de los aparatos de medición y protección.
Voltímetro: Es un instrumento que sirve para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.
Plano: Representación a escala de una superficie.
Potencia activa: Valor promedio de la potencia instantánea en un número entero de periodos. Es la Componente de la potencia de dimensionamiento para la cual la tensión se encuentra en fase con la corriente.
Potencia reactiva: Componente en cuadratura, de la potencia de dimensionamiento. Se obtiene como la Raíz cuadrada de la diferencia de los cuadrados de la potencia de dimensionamiento y la potencia activa.
Puesta a tierra: Grupo de elementos conductores equipotenciales, en contacto eléctrico con el suelo o una masa metálica de referencia común, que distribuye las corrientes eléctricas de falla en el suelo o en la masa. Comprende electrodos, conexiones y cables enterrados.
Red de distribución: Conjunto de conductores que llevan energía desde una subestación a toda el área de consumo.
Red interna: Es el conjunto de redes, de tuberías, accesorios y equipos que integran el sistema de suministro del servicio público al inmueble a partir del medidor. Para edificios de propiedad horizontal o condominios, es aquel sistema de suministro del servicio al inmueble a partir del registro del corte general cuando lo hubiere.
Red principal: Alimentador que sale de una subestación y que alimenta una carga especifica importante, o cubre un área determinada.
RETIE: Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas adoptado por Colombia.
RETILAP: Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público.
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Sistema de distribución: Conjunto de las instalaciones cuyo propósito es el transporte de electricidad a usuarios situados en un área, a niveles de media y/o baja tensión.1
Sobre corriente: Valor de corriente por encima de la corriente nominal de un equipo o de la capacidad de corriente de un conductor. Puede ser el resultado de una sobrecarga, un cortocircuito o una falla a tierra.
Sobrecarga: Funcionamiento de un equipo por encima de sus parámetros normales a plena carga o de un conductor por encima de su corriente nominal que, si persiste durante un tiempo suficiente podría causar daños o un calentamiento peligroso. Una falla como un cortocircuito o una falla a tierra, no es una sobrecarga.
Subestación: Conjunto de instalaciones, equipos eléctricos y obras complementarias, destinado a la Transferencia de energía eléctrica, mediante la transformación de potencia.
Tablero de acometida: Conjunto de equipos de medida y protección, barrajes y cableado, que recibe la(s) acometida(s) y del cual se derivan las acometidas parciales.
Tablero De Distribución: Conjunto de equipos de protección, barrajes y cableado que recibe las acometidas parciales y del cual se derivan los circuitos ramales y tiene tres especificas funciones:a. Distribuir la energía eléctrica que entra por la acometida entre varios circuitos ramales.b. Proteger cada circuito ramal contra sobrecargas y cortocircuitos.c. Proveer la posibilidad de desconectar de la red cada uno de los circuitos o toda la instalación interior.
Tensión: Diferencia de potencial eléctrico entre dos conductores, que hace que fluyan electrones por una resistencia. Tensión es una magnitud, cuya unidad es el voltio; un error frecuente es hablar de “voltaje”.
Toma corriente: Dispositivo de contacto instalado en una salida para que un equipo tome energía de él a través de la conexión de un solo enchufe.
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4. ESTADO DEL ARTE
Las corrientes polifásicas son la forma de corriente eléctrica más usada en la
actualidad, sobre todo a nivel industrial. Se trata de dos o más corrientes con la
misma frecuencia y amplitud, pero desfasadas entre sí. La corriente monofásica
que se usa domésticamente, es en realidad una derivación de los sistemas
polifásicos.
El presente proyecto está dedicado al estudio de circuitos polifásicos en especial
aquellos circuitos trifásicos así como sus diferentes tipos de conexiones. Al
realizar el análisis matemático de un modelo matemático de circuitos se calcularan
corrientes de línea, tensiones de fase, potencia de carga entre otros.
Se utilizaran pruebas para el análisis de los circuitos y también llevando a cabo
análisis de circuitos mediante instrumentos de medición como tal caso son el
medidor de calidad de la energía (amperímetro), el medidor de voltaje (voltímetro),
un vatímetro, entre otros.
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5. OBJETIVOS DEL PROYECTO
5.1GENERAL:
Diseñar, construir y montar un banco de pruebas sobre circuitos polifásicos.
5.2 ESPECIFICOS
Realizar el montaje de circuitos en corriente alterna trifásica balanceada y desbalanceada, e identificar las conexiones delta y estrella en la carga.
Determinar experimentalmente las relaciones entre las tensiones y corrientes, de línea y de fase.
Aprender a realizar conexiones de circuitos trifásicos para la medición de potencia.
Implementar prácticas para corregir experimentalmente el factor de potencia de una carga monofásica.
Construir impedancias mediante la utilización de los elementos requeridos para tal fin existentes en el banco(resistencias, condensadores y bobinas)
Realizar el cálculo mediante el modelo matemático y posterior comparación con los elementos de medida.
Instalar el banco de pruebas dentro de las instalaciones de las unidades tecnológicas de Santander en la regional Cúcuta.
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6. METODOLOGIA
Definida la necesidad que se observó en las unidades tecnológicas de Santander, sede Cúcuta, se realizó un debate entre los estudiantes de quinto semestre de tecnología eléctrica, se llegó a un común acuerdo, en realizar bancos de prácticas destinados a los laboratorios de electricidad para las unidades tecnológicas de Santander, sede Cúcuta.
El objetivo de la construcción de los bancos de prácticas, es que el instructor tanto como el estudiante cuente con herramientas necesarias e idóneas, para realizar las prácticas y así consolidar los conocimientos y el aprendizaje.
Teniendo claro los factores anteriormente descritos se procedió a investigar, sobre cuales bancos de prácticas serian aplicables para los objetivos. Definiendo tres clases de banco para las prácticas de laboratorio:
Banco de accionamientos Banco de circuitos polifásicos Banco de controles eléctricos
Definido el diseño, el tamaño y su finalidad, se procede a consolidar la lista de materiales y componentes necesarios para la construcción de cada uno de los bancos de prácticas.
Posteriormente distribuimos los grupos de trabajo y se asignaron las funciones, fijando el modo y tiempo de trabajo, de esta manera se logró el objetivo final diseño y construcción de los bancos de prácticas.
Haciendo entrega al comité de proyectos de las unidades tecnológicas de Santander para su revisión y aprobación.
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7. CRONOGRAMA
ACTIVIDADES JUNIO JULIODiseño y construcción de los bancos de prácticas. Documentación e investigación bibliográfica Pintura e instalación de accesorios de los bancos de practicas Compra de materiales eléctricos Instalación y adecuación de materiales eléctricos. Elaboración de proyecto y libros de prácticas.
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8. ALCANCEEl presente proyecto se pretende dar a conocer diversos circuitos que dan la idea de cómo es la alimentación a una carga por medio de una fuente trifásica, realizar el montaje de circuitos en corriente alterna trifásica balanceada y desbalanceada, e identificar las conexiones delta y estrella en la carga., Corregir experimentalmente el factor de potencia de una carga monofásica. Cuáles son los parámetros de interés en este tipo de redes y como se ve afectado por el tipo de impedancias en el mismo. La compra de materiales y equipos será aportado por los estudiantes, para la elaboración del proyecto de grado.
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9. LIMITACIONES
Al proponer este proyecto conociendo la necesidad manifiesta generada al recibir las bases teóricas y concluyendo generalizadamente el vacío existente a falta de la práctica demostrativa la cual clarificaría los conceptos obtenidos en el aula de clases. Por tal motivo se pensó en el diseño construcción del banco de pruebas para circuitos polifásicos e implementación de las prácticas correspondientes y posibles de realizar. Pero de la misma forma hay que temer en cuenta las limitantes que contiene el banco las cuales tienen que ver con el valor de las impedancias a construir, puesto que los elementos existentes en el banco tienen valores fijos e inmodificables, por tanto los valores de las impedancias serán los que se puedan combinar con los elementos allí dispuestos.Las conexiones se realizaran con bananas macho ponchadas en las puntas de cable tipo vehículo número 12 y que están dispuestas en los laboratorios actuales.
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10.PRODUCTOS
10.1 Resultados de nuevo conocimiento
Tipo Product
oNombre o título del
productoPublicación, casa
editorial o institución que otorga la patente
Objetivo relaciona
do1 Libro del proyecto UTS
10.2 Resultados Tecnológicos
Tipo Product
oNombre del producto
Objetivo relaciona
do1 Entrega del informe en medio magnético2 Entrega de planos y socialización proyecto
10.3 Resultados de Formación
Número de Personas
Tipo de FormaciónObjetivo relacionado
2 Estudiantes de práctica social comunitaria.
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11.PRESUPUESTO TOTAL Y FUENTES DE FINANCIACION
11.1 Resumen del presupuesto
CONCEPTO Aportado por sede UTS
Aportado porEstudiantes
Aportado porUTS
GASTOS GENERALES Y ELEMENTOS DE CONSUMO
Papelería Internet y útiles varios
$ 250 000
GASTOS PERSONALES
Gastos de transporteAlimentación Vivienda
$ 300 000$ 840 000$ 300 000
INVERSIONES
Mano de obra
MaterialesHerramientas de trabajoconsultoría
$ 2 000 000
$ 2’000.000$ 250.000
OTROS GASTOS E IMPREVISTOS
imprevistos
$ 250 000
TOTAL 5 890 000
TOTAL: $ 5 890 000
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11.2 Recurso Humano
Nombre RolDedicació
nHoras
Valor Hora
RecursosTotalPropio
sContrapartid
a
Oscar Orlando guerrero días
Asesor 32 $50.00
0
$1 250 000o
o
Total
20
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12.ENTIDADES INTERESADAS EN EL PROYECTO DE GRADO
Coordinación Electricidad y Telefonía Unidades Tecnológicas De Santander.
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13.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Norma Técnica ColombianaNTC 20502002
Normas Técnicas Electrificadora de Santander. (ESSA).2005
Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado PúblicoRETILAPResolución 91872 de diciembre 28 de 2012
Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE
2012 Fraile Mora, J. “MAQUINAS ELÉCTRICAS”. Editorial Mc Graw Hill. 2003.
Chapman, S. J. “MAQUINAS ELECTRICAS”. Editorial McGraw-Hill. Colombia. 1987.
Ortega Gómez, Guillermo et al. “PROBLEMAS RESUELTOS DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS”. Editorial Thomson. 2002.