Estudio de Puesta a Tierra en Instalaciones Hospital Arias

5/17/2018 Estudio de Puesta a Tierra en Instalaciones Hospital Arias

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Universidad, Ciencia y TecnologiaISSN 1316-4821 version impresa

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Estudio de puesta a tierra de instalaciones hospitalariasRodriguez, Leonardo; Acevedo, Ruben;Saxton, Gustavo

EI Ing. Leonardo Rodrfguez es Ingeniero de Construcciones en la C.A. Energfa Electrica(ENELBAR) de Barquisimeto, Venezuela telef. 58-251-2303051, fax 58-251-2303398, correoelectr6nico leonardo. [email protected] MSc. Ruben A. Acevedo R. es Jefe del Departamento de Control Administrativo de Obras enENELBAR, Barquisimeto, Venezuela telef. 58-251-2303336, fax 58-251-2303398, correoelectr6nico [email protected] Ing. Gustavo Saxton es Jefe de Secci6n de Mantenimiento de Redes en ENELBAR,Barquisimeto, Venezuela telef 58-251-2303926, fax 58-251-2303398, correo electr6nicogustavo. [email protected]: La Empresa ENELBARtiene entre sus objetivos principales prestar apoyo tecnlco alas Instituciones del estado con el fin de garantizar su desarrollo tecnol6gico. En el siguientetrabajo se presentan dos estudios del Sistema de Puesta a Tierra (SPT) realizados en elHospital Central Antonio Marfa Pineda por la empresa. Uno consiste en la evaluaci6n del SPTactual del area de instalaci6n de los equipos de Rayos X, Tomograffa y Transformadoresexistentes, mediante el uso del Telur6metro y la aplicaci6n del rretodo del 62 %, que permitedeterminar con gran exactitud la resistencia del SPT, para verificar que dicho valor seencuentre dentro de los niveles normalizados. EI otro estudio consiste en determinar laresistividad (p) del suelo del area donde se ubicara el equipo de Resonancia Magnetica,mediante el uso del Telur6metro y la aplicaci6n del rretodo Wenner. Ambos estudios serealizan con la finalidad de formular recomendaciones para el dlsefio de un SPT, que garanticela seguridad del personal medico, el correcto funcionamiento de las protecciones y elacoplamiento rraqnetico,Palabras clave: Sistema de Puesta a Tierra (SPT)/ Resistividad del Suelo (p)/ Telur6metro/Metodo WennerAbstract: ENELBAR, as one of its main objects, provides technical support to state'sinstitutions, in order to guarantee their technical development. This work presents twostudies of Grounding System, developed by the company at the Antonio Marfa Pineda CentralHospital. One consists of the Grounding System evaluation at the current installation area ofX- ray and Tomography equipments, as well as transformers, using a noises tester and the62% method, which allows to determine the resistance of the Grounding System with greatprecision, in order to verify its value and correspondence with normalized levels. The otherstudy determines the soil resistivity (p) of the Magnetic Resonance equipment area, using a

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11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...noises tester and Wenner method. Both studies were performed to formulaterecommendations for the design of an adequate Grounding System ensuring correctperformance of protections and magnetic compatibility.Index Term: Grounding System, Soil Resistivity, noises tester, Wenner MethodManuscrito finalizado en Barquisirneto, Edo. Lara, Venezuela el 2009/02/10, recibido el2009/03/16, en su forma final (aceptado) el 2009/06/10.I. INTRODUCCIONEn atenclon al requerimiento del Hospital Central Antonio Marfa Pineda, se realize unalnspecclon inicial a las instalaciones el dfa 03 de agosto del afio 2007, en conjunto con elpersonal tecnlco de esta institucion, quienes se comprometieron en buscar informacion sobrelas caracterfsticas tecnlcas de todos los equipos con los que sera dotado dicho CentroAsistencial.EI dfa 15 de agosto del afio 2007 se realize una segunda lnspecclon, debido a queactualrnente se est a ejecutando la tnstalaclon de tres equipos de radiologfa. En dichalnspecclon, el personal del Hospital Central Antonio Marfa Pineda se corrprorretlo a realizar lassiguientes gestiones: Verificar la existencia y estado de las tres acornetidas necesarias para dar servicio a losequipos a ser instalados en las areas de Traumatologfa, Ernergencia y Radiologfa. Dichasacornetidas deben ser exclusivas para cada punto de servicio de las tres areas rnencionadas,con conductor de calibre adecuado para suministrar la carga necesaria en cada tnstalaclon ycon niveles de cafda de tension permitidos por los equipos de radiologfa. Suministrar informacion sobre las especificaciones tecnlcas de los tres equipos que seraninstalados (Tension de Servicio, Potencia en 'tWA, Tipo de Sistema, entre otros). Gestionar la adqulslclon de transformadores sec os de Tension 208V en el lado primario, contension secundaria y capacidad de acuerdo a las caracterfsticas de cada equipo a serinstalado 0 el recornendado por el fabricante.Este centro asistencial en la actualidad esta alirnentado en 24 kV por el circuito Cemento yen 4,16 kV por el circuito Falcon. Posee una capacidad total instalada de 3750 kVA en 120-208 V Y 225 kVA en 240-416 V, repartida en siete (7) bancos de transformadores, tal comose muestra en la Tabla I.

IT.~M

. 2 43 .2 4 3X 7 5 , 1 2 ' 1 ) - 2 0 8 ,4 , 2 4 J X 7 S 24'~"41'65 , l4 : ; : X : S O 2 4 ,1 ) . .4 J ,66 , 4Jfi 3 X l { I O 1 2 ' 1 ) ~ : 2 . 0 8'7 4,16 :; X 25 1 2 ' 1 l I , , 2 0 8

Con el estudio de puesta a tierra planteado en este estudio, se busca el correctofuncionamiento de las protecciones de los equipos, la seguridad del personal que manipula elequipo y garantizar la compatibilidad rraqnetica, todas est os objetivos fundarnentales de losSistemas de Puesta a Tierra.

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11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...n. DESARROLLO1. Levantamiento de Informacion en campo Para la atenclon del requerimiento del HospitalAntonio Marfa Pineda, se realize una tercera lnspecclon a las instalaciones por parte delpersonal del Departamento de Estudios de Distribucion de ENELBAR, en corrpafiia del personaltecnlco de la instituclon, el dfa 05 de Septiembre del 2007 en horas de la manana. En ella seevaluaron las siguientes areas: Sala de Rayos X de la unidad de Traumatologfa. Salas de Rayos X de la unidad de Radiologfa. Sala de transforrracion ubicada en la cercanfa de la Av. Libertador. Area destinada a la construccton de la sala que alberqara el equipo de ResonanciaMagnetica.A. Sala de Rayos X de la unidad de Traumatologfa Se observaron las siguientes condiciones: No est a instalada la acometida de la sala. No esta creado el punto de allrrentaclon del equipo de Rayos X, que ya esta ubicado en lasala. Todas las paredes, marcos y puertas de la sala contienen placas de plomo para laprotecclon radioloqica del personal, sequn especificaciones.B. Sala de Rayos X N 1 de la unidad de Radiologia Se observaron las siguientes condiciones: La Sala dispone del punto de allrrentaclon del equipo de Rayos X, (3 conductores calibre #2/0 AWG, correspondiente a las fases del sistema y 1 conductor calibre # 8 AWG,correspondiente al neutro del sistema), el cual puede verse en la B 9 . . . . . . 1 .

F ig . 1.. P un Jt'Ode a:linUlln!tacion de la sa l a d,trayo s xde [a'lnruidad d1erad:iolOI;ia.

Las paredes y la puerta contienen placas de plomo para la protecclon radloloqlca delpersonal medico, sequn especificaciones, aderras de disponer del cubiculo destinado para lawww.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S 1316-48212009000300009&script=sci_ ...


11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...ublcaclon del punto de control del equipo y de mantener aun los rieles para la rrovlllzaclcn delequipo de Rayos X.C. Sala de Rayos X N 2 de la unidad de Radiologfa Se observaron las siguientes condiciones: La Sala dispone del punto de allrrentacion, de donde se alimentan los circuitos detomacorrientes y al equipo de Rayos X de la sala, mediante conductores calibre # 10 AWG Ycalibre # 4 AWG, tal como puede verse en la Figura N 2.a.

(a)

{b)Fig..:2 . ,(a)Pun~o de ali.'eA~a'c:i,6,nde Ia sala,

fb) Conen,on ai'er,ra del ea] en'n de a : t im~tn'ta,c:iOn. EI cajetin de alirrentacion (fusiblera tipo cartucho) contiene solo dos fusibles de los tresnecesarios (uno por fase). EIcajetin de alirrentacion esta conectado a tierra, tal como se puede ver en la Figura 2.b . AI igual que la sala de Rayos X N 1, tanto las paredes como la puerta contienen placas deplomo para la protecclon radloloqlca del personal medico, sequn especificaciones; aderras dedisponer del cubiculo destinado para la ublcaclon del punto de control del equipo de Rayos X.D. Sala de TransformaclonEn la sala se encuentra la celda de 24 kV Y tres bancos de transformadores: dos de 1500kVA, 120-208 V (3x500 kVA) y uno de 150 kVA, 240-416 V, (3x50 kVA). Se apreciaron lassiguientes condiciones:



11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ... En la parte periterlca exterior de la sala de transformaci6n se encontr6 la conexi6n deconductores calibre # 2/0 AWG de cobre soldados can ramificaciones, perteneciente a lapuesta tierra del torn6grafo, que no cumple can la profundidad recornendada para tal fin(entre 0,3 my 0,5 m), es decir, en la superficie del terreno. (ver Figura N 3).

Fig. 3. EI~c'~o do dtpu'e-s'ta a 'uel'l"a d,t: l 'exhlJr: iord e la sa la d eb :' an s':o rM a ,c i6 ,m .

En el interior de la sala de transformaci6n, especfficarnente donde se hallan los bancos detransformadores de 3 x 500 kVA Y 3 x 50 kVA, se encontr6 instalado un equipo de rnedici6nMEMOBOX 300, can el fin de rnedir la disponibilidad de carga del banco, que esta destinado ala alirnentaci6n exclusiva del equipo de tornograffa, (ver Figura N 4).

:F ig .4 . :l tqu i'po d 'e . , e d . i c : i . 6 n MelRotJox 3,00.- - ~



11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ... La confiquracion de los bancos de transformadores es estrella-estrella (Y-Y) con neutrosolidamente puestos a tierra. EI sistema de puesta a tierra de los bancos de transformadores consta de siete (7) barrasde cobre 5/8", no dispuestas equidistantemente, unidas entre sf por alambre de cobre # 4AWG mediante conectores, que estan sobre la superficie del suelo, 1 0 que disminuye suefectividad. Se observe que dos de las barras de cobre pertenecientes al sistema de puesta a tierra delos bancos de transforrracion estan en contacto directo con el concreto y sobresalen delnivel del piso. No cumplen con la profundidad recomendada (entre 0,3m yO,S m). No se pudo realizar la rredicion de la resistencia del sistema de puesta a tierra de la sala detransforrraclon, ya que no se dispuso del espacio recomendado para realizar las mediciones(9,6 m entre electrodos del telurorretro),E. Area destinada a la construcclon de sala que alberqara el equipo de resonancia rraqnetlcaEn cormafiia del personal tecnlco de la instituclon se pudo ver el area destinada para laconstruccton de la sala donde estara contenido el equipo de resonancia rraqnetlca. Aderras,se inform6 que no esta planteado iniciar su construcclon en un corto plazo. Actualmente seencuentra material de construcclon y de desecho perteneciente a otra construcclon, por 1 0que se realize una rnedicion preliminar de la resistividad del suelo para estudio y posteriorcorroaraclon, una vez que se haya preparado el area para la construcclon de la sala.2. MetodologiaMediciones de parametres de puesta a tierraEn el dlaqnostlco de las condiciones se realizaron mediciones de capacidad de los bancos detransformadores, resistencia de puesta a tierra y resistividad del suelo.A.- Capacidad del banco de transformadores de 3 x 50 kVADe las mediciones realizadas al banco de transformadores de 3 x 50 kVA, 240- 416 V con elequipo de rredicion MEMOBOX 300 durante siete dfas (sequn 1 0 especificado en NCSDE), sedetermno que la carga rraxlrra consumida es de 2,5 kVA, pero este valor no representa lacarga maxima real demandada, ya que, sequn indicaciones aportadas por el personal tecnlcodel Hospital, el valor pico de la carga consumida por el equipo de tomograffas en el momentadel disparo lIega a ser de aproximadamente 120 kVA. Se presenta en intervalos de tiempoextremadamente cortos (ms), mientras que el equipo de rredicion realiza las lecturaspromediadas cada diez (10) minutos (sequn 1 0 especificado en NCSDE), 1 0 cual imposibilitatener una lectura real de la carga rraxlrra consumida por el equipo de tornograffas y por endede la capacidad de carga disponible en el banco de transformadores de 3 x 50 kVA.B.- Resistencia del sistema de puesta a tierra del equipo de tomograffasDebido a la importancia del equipo de tomograffas y a su alto costo, se hace prioritario quedisponga de un adecuado y efectivo sistema de protecclon, donde el sistema de puesta atierra del equipo juega un papel primordial. Tomando en cuenta 1 0 antes expuesto, serealizaron mediciones de la resistencia (R) del actual sistema de puesta a tierra del equipo,mediante la apllcaclon del rretodo del 62 % 0 de los tres puntos con el Telurorretro,obtenlendose los valores que se muestran en la Tabla II:



11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...Tabla ll. Rt:S:is~en,c:[ael s:ist'eela de

P uesta a 'U efl'a d!el ~bm!6:.air :oSE "N l'rDO , 'D ,E[.AJ\llEmIC~:ON

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PROMEDIO@ I lb l m } !

Los valores de resistencia del sistema de puesta a tierra expuestos en la tabla anterior,cumplen con 1 0 recomendado en la bibliograffa [1], para los equipos electr6nicos sensibles, enlos que se estipula que dicho valor no debe exceder los 5 Q. Este resultado muestraclaramente el buen estado del sistema de puesta a tierra del equipo de tomograffas, 1 0 cualaumenta la seguridad del equipo y del personal medico que 1 0 manipula.c.- Resistividad (p) del suelo del area destinada a la construcclon de la sala que alberqara elequipo de resonancia rraqnetlcaComo se expuso anteriormente, se program6 una medicion preliminar de la resistividad delsuelo con el fin de estudiar sus condiciones y de comparar una vez acondicionado el terrenopara la construcclon de la sala. Estas mediciones se realizaron aplicando el metoda deWenner 0 de los cuatro puntos con un Telur6metro, obteniendo los valores que se muestranen la Tabla III:

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rRO~~[D.IOi U b m . l m l ) 1

DIS_~N- . / I i . EN hE :RIE~:,l iE-:N II AEll" crwJlITlOS , e W l ) l (o~[ml )1

Como se pudo observar en la tabla anterior, los valores de resistividad del suelo son menoresa los valores de resistividad electrlca tfpica de suelos arcillosos de caracterfsticas similares alpresente en el area (50 Q.m), condlclon que favorece el buen funcionamiento del sistema depuesta a tierra. Estos valores de resistividad se calcularon aplicando la formula [1]

1 [ 1 ]Donde:a: distancia entre electrodos (m).R: valor de resistencia aportado por el Telurorretro (Q).3. RECOMENDACIONES PRESENTADAS.Despues del analisis de las condiciones observadas y las mediciones realizadas, se realizan lassiguientes recomendaciones para la alirrentacion de equipos medicos y su dlsefio del sistemade puesta a tierra:



11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...A.- Salas de Rayos X1. Establecer que los tomacorrientes tengan conexlon a tierra para corrientes de fallamediante la lnstalaclon de canalizaciones rretallca 0 a traves de la envoltura del cable (seqiinla norma 517.13 A del Codigo Electrico Nacional). [2]2. Conectar a tierra los terminales de puesta a tierra de los tomacorrientes y todas lassuperficies conductivas que no transporten corriente de equipos fijos, que puedan serenergizados, que esten sujetos a contacto personal y que operen sobre los 100 V, conconductor de cobre aislado, instalado en canalizaciones rretallcas con los conductores delcircuito ramal que alimenta a los tomacorrientes (sequn la norma 517.13. B del CodigoElectrico Nacional). [2]3. Conectar la barra de puesta a tierra del tablero de distribuclon de la sala a la barra depuesta a tierra del tablero principal del area con conductor de calibre no menor a 10 AWG(sequn la norma 517.14 del Codigo Electrico Nacional). [2]4. Instalar "los tubos de rayos X para que se encuentren instalados dentro de envolventespuestas tierra. Para aislar la alta tension del recubrimiento de puesta a tierra se pueden usarmedios aislantes tales como: aire, aceite gas 0 cualquier otro medio. La conexlon del equipode alta tension a los tubos de rayos X debe hacerse con cables de alta tension apantallados",(norma 517.78. A del Codlqo Electrico Nacional). [2]5. Conectar a tierra los controles, mesas, soportes de tubos, tanques de transformadores,cables armados, cabeza de tubos de rayos X, etc, (sequn la norma 517.78. C del CodigoElectrico Nacional). [2]6. Tomando en cuenta los resultados de las mediciones realizadas a los bancos detransformadores de 3 x 500 kVA, donde se determno que ambos bancos disponen deaproximadamente 900 kVA de reserva, alimentar los equipos de Rayos X a traves de losbancos de Transformadores de 3 x 500 kVA mediante 3 transformadores trltaslcos secos de208- 416 V Y 50 kVA 0 mas (cada uno), ubicados en la sala de transforrraclon, para asldisminuir las cafdas de tension que se pudiesen producir en los conductores del lade primariodel transformador seco.7. Dada la importancia de los equipos de Rayos X en el tratamiento oportuno de lospacientes, usar los dos bancos de transformadores de 3 x 500 kVA, para habilitar unalimentador de respaldo mediante un interruptor de transferencia, que perrmtlra mantener enfuncionamiento los equipos en caso de que el banco de transformadores de la alirrentacionprincipal salga de servicio por falla, como se muestra en la . E l 9 . . . . . . . . 2 .



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FU E N TE NO Rl. i t lU.1500 kVA1 20-208 V

C AR GA NOESCEHCIAL

EQ U IP O DERAYOS X

FUENTE AlTER.NA1~500KVA120:20S V

EQ U IP O DERAYOS K

IN TER .R UPTOR DETRANSFERENClA

E QU IP O [IERAYOS X

F[g.5. :Diag:l'a. a d .e C IOnenon d .eAJ[Hurn~adOf1 t-sde lo sE lq I1lpo s de Ray 'Os X.

B.- Sistema de puesta a tierra del equipo de tomograffa1. Aumentar la profundidad del sistema de puesta a tierra, de manera tal que se encuentreentre 0,3 y 0,5 m de profundidad, para mejorar las caracterfsticas del sistema, ya que en lascondiciones actuales es rrenos efectivo y esta expuesto a dafios rrecanlcos que pueden serprovocados por cualquier causa externa, disminuyendo de est a manera la seguridad, tanto delequipo, como del personal rredlco sujeto a contacto el,

c.- Sistema de puesta a tierra de los bancos de transforrraclon1. Cubrir las terminaciones de las barras de cobre, asi como el conductor de cobre calibre # 4AWG de conexlon entre elias con tierra compactada, ya que esto permtlra aumentar laefectividad del sistema de puesta a tierra en caso de fallas. AI sepultar las terminaciones delas barras y los conductores de conexlon (electrodos horizontales) se disminuye la resistenciade puesta a tierra del Sistema, reduciendo el tiempo de descarga de corrientes de falla, yaque la resistividad electrtca de la tierra es menor que la resistividad electrlca del aire.2. Separar entre las barras de cobre de manera que sea de aproximadamente dos veces lalongitud de la barra.D.- Sistema de puesta a tierra del equipo de resonancia rraqneticaTomando en cuenta que se construlra una sala para la ublcaclon de un equipo de resonanciarraqnetlca, se hacen las siguientes recomendaciones:1. Tomar en cuenta las mismas recomendaciones hechas para el sistema de puesta a tierrade las salas de Rayos X.2. Dado que el equipo de Resonancia Magnetica es un equipo electr6nico sensible de altafrecuencia, construir bajo el piso de la sala donde se ublcara, una malla reticulada deconductores de cobre, dimensionada de acuerdo al area (m2) del piso y los calculosrealizados, con el fin de disminuir el ruido y las perturbaciones rraqnetlcas en el equipo. Lareticula debera tener una separaclon entre 30 cm y 60 cm, y estar conectada a una trfada



11/23/11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...(trianqulo equllaterc construido por conductores de cobre desnudo calibre # 2/0 AWG Ybarras de cobre de 5/8" de dlarretro y 2,4 m de alto), mediante un conductor de cobreaislado THW # 2 unidos por conectores de cobre certificados 0 soldadura exotermca, comose muestra en la E 1 9 . . .. .. . Q .

I-----~~n------I1 : 5 rn )I: : 2 : , , 4 IT!30 ern .;: : ; a l ; ; : : 5 1~ om

Fig. ,6.MaUar,tlu,cula da d ep y,t-sla aUtl fira paraequ ipos e lech~oHl i, cosde aUa f l '~C(![eRc:ia .

3. Se recomienda que la separactcn ente las barras de cobre sea de una distancia no menor a5 m (aproximadamente 2 veces a longitud de las barras), ya que mediante la apllcaclon de laformula que se presenta a continuacion l L l . Se pudo constatar que el valor de resistencia delsistema de puesta a tierra de la conflquraclon recomendada es de 3,4482 Q, que cumple conel valor recomendado para equipos electr6nicos sensibles (5 Q).

41In--lI+ 1rDsen .3

21 [ [1]

Donde: R: resistencia del sistema de puesta a tierra (Q).p: resistividad del suelo (Qxm).I: longitud de las barras (m).a: dlarretro de la barra de cobre (m).D: distancia entre las barras de cobre (m).4. Conectar la barra de puesta a tierra del tablero de dlstribuclon de la sala a la mallareticulada.



11/23 /11 Universidad, Ciencia y Tecnologia - Estudio de puesta a t ierra de instala ...5. Conectar todas las partes rretallcas conductoras del equipo (por las que no debe circularcorriente) a la malla reticulada de puesta a tierra.m. CONCLUSIONES1. Sobre la base de las condiciones observadas, las rnediciones realizadas durante lalnspecclon al Hospital Antonio Marfa Pineda, asl como los conocimientos tecnlcos y el CodigoElectrico Nacional vigente (secclon 517), se puede concluir que, con la apllcaclon de lasrecomendaciones hechas para el sistema de puesta a tierra de las salas de Rayos X, equiposde tomograffa, sala de transforrracion y futura sala de Resonancia Magnetica del HospitalAntonio Maria Pineda, se qarantlzara el cumplimiento de los objetivos fundamentales de unsistema de puesta a tierra: Seguridad de las personas. Proteccion de las instalaciones. Compatibilidad rraqnettca,2. En cuanto a la fuente de allrrentaclon de los equipos medicos, se concluye que la mejoralternativa es alimentar a traves de los bancos de transformadores de 1500 kVA, mediantetransformadores trifaslcos secas 208-416 V de 50 kVA 0 mas.IV. REFERENCIAS1. Favio Casas Ospina. "Tierra Soporte de la Seguridad Electrica". SEGELECTRICA, 1998.2. Codiqo Electrico Nacional. FONDONORMA 200:2004. Orqanizacion grMica Capriles. Caracas,Venezuela, 2005. 7ma revision.

2011 Universidad Nacional Experimental Politecnica " Antonio .Jose de Sucre", UNEXPOVicerrectorado Puerto Ordaz.Direccion de Investigacion y Postgrado, UNEXPO, Vicerrectorado Puerto Ordaz, Alta Vista

Sur, Urb. Villa Asia Final calle China, Apdo. Postal 78, Puerto Ordaz, Edo. Bolivar, VenezuelaTele/fax (0286)962.52.45 - 961.13.82 E-mail: [email protected]

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