Tagente Delta
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7/25/2019 Tagente Delta
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ResumenEn el siguiente documento daremos a conocer sobre
la Tangente Delta que se realizara a partir de las caractersticas
bsicas que un sistema aislante el cual se presenta cuando se
aplica una tensin elctrica entre sus electrodos, por el cual se
han desarrollado decenas de mtodos de anlisis de estado de
aislamiento, de acuerdo sean cuales son las variables observadaso bien combi nacionales de las mismas, normalizando valores
relacionando resultados! " continuacin se presenta el mtodo
tangente de delta el cual se considera mtodo no destructivo, a
que se entienden por ello que se realizan con tensiones in#eriores
a las tensiones de #uncionamiento asignadas de la maquina
ob$eto de ensao!
"bstract%% &n the #ollo'ing paper 'e 'ill present on the Tangent
Delta that 'as made #rom the basic #eatures that an insulating
sstem 'hich occurs 'hen a voltage is applied bet'een the
electrodes, 'hereb have developed dozens o# analsis methods
state o# isolation, according 'hatever are the observed variables
or combinational thereo#, normalizing values and relatingresults! Then the tangent delta method 'hich is considered non%
destructive, because the understand 'h 'e are done 'ith lo'er
operating voltages assigned to the machine under test voltages is
presented!
(alabras )laves*obina, aislamientos, generadores, prdidas
dielctricas, #actor de prdidas!
I. INTRODUCCINLos sistemas de aislamiento, aplicados a las maquinas, unavez en funcionamiento, se someten a proceso natural de
envejecimiento, ocasionado principalmente, por las grandesdescargas mecnicas, tales como presin y friccin, y por laexpansin trmica de los materiales. Estas cargas cambiantesaceleran an ms el fenmeno del envejecimiento. Enconsecuencia, la medicin de la condicin del aislamientoforma parte indispensable del mantenimiento preventivo, paragarantizar, por un lado, la seguridad del suministro deenerg!a, y por otro, la seguridad de operacin de unos equiposcuyos costos son elevados."ltimamente se #an presentado un gran avance en latecnolog!a de fabricacin de los generadores, motores,transformadores, bobinas u otros materiales, lo cual #a
permitido que estos se constituyan de mayor potencia y menortama$o. La reduccin en el tama$o y costo de los alternadores
#a sido posible mediante el uso de nuevas tcnicas, materialesy compuestos aislantes, lo cual a su vez #a ocasionado enalgunos casos de deterioro ms acelerado. La medicin delfactor de tangente delta permite determinar la calidad delaislamiento del generador, motores, transformadores, bobinasu otros materiales y su rama de deterioro, con el fin de
predecir da$os e introducir as! correctivos que aumentan lavida til de la mquina. La medida de %angente de &elta, esun ensayo de corriente alterna que evala la calidad deldielctrico. El propsito de este ensayo es detectararborescencias acuosas, y as!, clasificar el aislamiento comoexcelente, normal o envejecido.
'unto a la medicin de la %angente &elta, se deber medir la(apacidad del sistema de aislacin. El seguimiento de este
parmetro nos permitir analizar posibles desplazamientos delos bobinados de los transformadores, ante eventuales fallasen el sistema de potencia )ejemplo* esfuerzoselectrodinmicos como consecuencia de cortocircuitos+.El ensayo de la tangente delta tambin llamados de factor de
potencia del aislante, son ensayos dielctricos que se realizanaplicando una tensin alterna y que se #an venido mostrandodurante muc#os a$os como #erramientas muy valiosas paradeterminar tanto la calidad en la fabricacin de bobinados,como el estado de stos en mquinas ya en funcionamiento.Este tipo de ensayos son sensibles a la condicin interna delmuro aislante y son especialmente aplicables a devanados demotores de ata tensin de cualquiertensin y tama$o.or s! misma, una sola medida de tangente de delta sobre undevanado completo tiene un uso limitado, sin embargo, lasmedidas sobre bobinas o grupos de bobinas a lo largo de a$os
pueden proporcionar informacin til sobre la tendencia del
estado del aislamiento.En esta prctica realizaremos la medicin de la tangente deltaen capacitores y resistencias.Prdidas con tensin (resistencia)* (uando aplicamos una amedir tensin continua sobre dos placas entre las que tenemosun dielctrico se puede medir la circulacin de una peque$acorriente elctrica motivada por las impurezas eimperfecciones de su masa. -l utilizar el concepto de la ley de#m, llamamos /esistencia de aislamiento a la relacin entrela tensin y la corriente. 0alen, entonces, las siguientesfrmula y representacin para nuestro dielctrico.ara tener una mejor idea y magnitudes que manejaremos,realicemos el siguiente ejemplo* calcularemos los parmetrosen juego en una medicin con 1.222 0 de cc. de un
aislamiento 3normal4 de un motor elctrico de 5.522 0 detensin nominal. En esta mquina podemos esperar unaresistencia de aislamiento del orden del 6 #m, es decir 728#m, a una temperatura de 92 : (. -s! tendr!amos que, en atravs de la masa del dielctrico se producir!a una corriente y
prdida elctricas de*
ara una mejor evaluacin del fenmeno conviene buscar laexpresin de la prdida por unidad de volumen )prdidaespec!fica+ y as! observar la posibilidad de tener unadistribucin irregular. ara ello aplicaremos los conceptos de*; conductividad y resistividad dielctricas conocidos en laElectrotecnia. -dems, el de campo elctrico E
E )0
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Prdidas con tensin alterna (capacitiva): >i a#oraestudiamos el comportamiento frente a la tensin alterna,vemos que la corriente que circula a travs del dielctrico essustancialmente mayor a la anterior y prcticamente definida
por un parmetro que depende de l y de su geometr!a, quellamamos capacidad elctrica. >abemos que esa corriente seencuentra desfasada y en adelanto a la tensin dealimentacin. ero que ese ngulo no es exactamente 82: sinoun valor ligeramente menor. Ese peque$o ngulo es delta, talcomo se muestra en la figura y que introduce el parmetroque #abla de la bondad del dielctrico y que es el centro deeste escrito* la tangente delta. En este caso las prdidas deldielctrico se expresan como*
>i calculamos las prdidas correspondientes para unaislamiento 3normal4 de un motor de 5.522 0 al someterlo ala tensin de fase, tendr!amos los siguientes resultados a 92:(* (* 722 n? )estimada+ %angente delta* 2.27 )= 7@,estimado+ %ensin de servicio contra masa* 5.522< A = A.B720 f* frecuencia de 12 Cz, la utilizada en nuestro sistema de
potencia.
(omo vemos, los valores resultantes son mayores a lospresentes para la tensin continua.
&nde*o es la permitividad del aire y de valor constante* B.B1 x 72D
79 ?iguiendo la l!nea de anlisis anterior, buscaremos laexpresin de la prdida por unidad de volumen
La frmula resultante nos presenta la misma dependencia conel campo elctrico ya vista para cc, junto a un producto* r ytangente delta, que est relacionado con el material deldielctrico, ya que o es una constante y #emos tambin as!considerado para nuestros estudios a la frecuencia de 12 Cz.El valor de r x tangente delta es llamado factor o coeficientede prdidas del dielctrico. ero, quede en claro que si por
alguna circunstancia se incrementara la frecuencia, en lamisma medida lo #ar!an las prdidas espec!ficas. oranalog!a, se acostumbra a llamar conductividad deldielctrico para la tensin alterna al valor de*
En las prdidas espec!ficas se tiene considerado el valor quederiva de la resistencia de aislamiento, ya que ella est
presente tambin con la corriente alterna. >e lo tiene incluidoen la tangente delta. uc#as veces se olvida el conceptoanterior, dadas las evaluaciones de ms arriba que nos
permiten pensar en despreciar las prdidas por corrientes deconduccin, lo que no es correcto a ms altas temperaturas.ara entender el valor concreto de las frmulas presentadas,calcularemos la relacin de las prdidas espec!ficas que se
producen en dos lugares distintos de una bobina de un motorde 5.522 0, considerando las dimensiones indicadas en la?igura F: 9 y que el conductor utilizado presenta un radio de2.1 mm en sus vrtices. En las condiciones indicadas se tieneque*
p9 = 5.9 x p7
Es decir, que en las aristas del rectngulo compuesto por elconjunto de los conductores se tienen unas prdidas de ms de5 veces mayores a las de la zona 7
Estado del Arte
(uando se determina la tangente delta del aislamiento de unamquina o aparato se est evaluando su calidad. ero no
parecen estar suficientemente claros los mecanismos de esavaloracin. 6eneralmente, porque no se tienen presentes losaspectos f!sicos que involucra. s an* no se tiene asimiladala relacin entre la tangente delta de un aislamiento y su
rigidez dielctrica que, de explicarla, nos convencer!a de quees una #erramienta eficaz para lograr que su duracin en elservicio sea la ms extendida posible. En la 9: parte de esteescrito se desarrollar este tema. (omo esto ltimo es elesfuerzo de todos los que trabajamos en el campo analizandola evolucin de los dielctricos, nos #a parecido interesante
presentar algunos aspectos tericos y otros prcticos queayudan a entender el tema en una forma ms cabal.actor de Prdidas Dielctricas(uando un dielctrico est sometido a una diferencia detensin, circula por l una peque$a corriente que tiene doscomponentes fundamentales* Gna corriente capacitiva Hc y
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una corriente resistiva Hr debido a la conductancia transversal,la cual fundamentalmente es la que causa las prdidas deenerg!a.(uando el dielctrico est sometido a una tensin continua, lacorriente capacitiva disminuye con el tiempo, #asta que lacorriente total alcanza un valor constante correspondiente a lacorriente resistiva.
?igura7. (orrelacin factor de potencia y factor de disipacin>i el dielctrico est sometido a una tensin alterna lascorrientes capacitiva y resistiva quedan establecidas durante
todo el tiempo que el dielctrico est bajo la accin de latensin alterna.
%odo dielctrico puede presentarse por un condensador idealexento de perdidas, y una resistencia, esta se puede considerarconectada en serie o en paralelo.- continuacin se presenta las figuras de los diagramas enserie y paralelo respectivamente con sus diagramas fasoriales.
?igura9. (ircuito en serie de un dielctrico.
?iguraA. (ircuito en paralelo de un dielctrico.El factor de prdidas dielctricas de un material aislante es latangente del ngulo de prdidas*
&e las figuras 7 y 9 se tiene que la tangente delta es*
PRU!"#$ T#N%!NT! D!&T#Es la abreviacin de tangente delta y representa una medidade las perdidas elctricas en un asilamiento. Gn sistema deaislamiento se puede considerar como un condensador real, elcual representa la capacitancia propia del elemento al que
pertenezca ya sea un cable, una maquina rotativa, un
transformador etc, siendo esta capacitancia prcticamenteconstante en el tiempo, pero tiene otra componente resistivaque depende del estado del aislamiento.Estas pruebas tambin se conocen como factor de disipacin)&?+, en algunos casos como factor de potencia y representanlas perdidas en el calentamiento del aislamiento. El nivel dedisipacin puede incrementarse por varios factores*
D (ontenido de #umedad en el aislamiento.D Envejecimiento del aislamiento.D or presencia de descargas parciales.
?iguraI. -nlisis grafico prueba de tangente deltaPr'eas Tangente Delta a cales de PotenciaEn el caso de los aislamientos para cables electricos de tipo
polimrico, el principal objetivo es detectar el desarrollo de laarborecencia acuosa para evitar la instalacion de un cable enmalas condiciones o retornar a servicio a un cable degradado.
enta*as + desventa*as al reali,ar 'na pr'ea deTangente Delta-lgunas de las ventajas y desventajas de realizar pruebas detangente delta a cables elctricos de % son las siguientes*
enta*as La prueba es un examen no destructivo de
diagnstico. Los cables son probados con una tensin alterna
igual a la tensin de fase a tierra en la que operan.
A
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El sistema de asilamiento de cables se puedesupervisar y desarrollar un #istorial, el remplazo delcable y la prioridad de rejuvenecimiento se puede
planificar. Los equipos de pruebas son transportables, y los
requisitos de energ!a son comparables a los equiposestndar de localizacin de fallas de cables.
Desventa*as ara un caso #ipottico por ejemplo la tensin de
prueba seria de tan solo 1J Kv rms y la cargacapacitiva mxima es de unos A a72 m? a 2.7 Cz.
La prueba funciona mejor despus de ser realizada almenos dos veces para poder realizar unacomparacin entre los datos obtenidos al pasar eltiempo.
Pr'eas de tangente delta a -a'inas rotativasLas maquinas rotativas son activos muy valiosos para lasempresas del sector energtico y la industria. >ufuncionamiento de seguro resulta fundamental, puesto que si
se aver!an pueden dar enormes prdidas econmicas, conda$os en el activo en si, posibles da$os con partes adyacentesa la subestacin #e interrupciones del servicio elctrico.-dems unas mquinas rotativas defectuosas representanamenazas letales para el personal de la compa$!a elctrica.Las compa$!as del sector elctrico estn pasando delmantenimiento peridico al mantenimiento basado en elestado.or lo tanto es necesario efectuar pruebas dediagnstico para evaluar pruebas de diagnstico para evaluarel estado de las maquinas, garantizar su fiabilidad, reducir loscostos de mantenimiento y evitar interrupciones imprevistasen la generacin de energ!a.
?igura1. (onexin pruebas tan delta maquina rotativa
Pr'eas de tangente delta a trans/or-adoresGn aumento de tangente delta en un transformador puederevelar que se #an cortocircuitado aislamientos parciales entre
capas capacitivas lo cual degrada el aislamiento en lostransformadores. Gna causa #a esto es la #umedad esta puededeberse a varios factores uno de ellos son los respiradores deltransformador que pueden poner en contacto con el aceite conla atmosfera, unas juntas con fugas, la reparacin oinstalacin tambin puede aumentar el nivel de #umedad enel transformador. El proceso de envejecimiento normaltambin puede generar agua como subproducto de ladescomposicin de la celulosa, segn estudios del cigre el
contenido de #umedad puede aumentar del 2.7 2.9 @ al a$odebido a la descomposicin de la celulosa, as! eltransformador este completamente #ermtico. La presenciadel agua en el aceite y el papel causa tres efectos peligrosos enel aislamiento que son*
/educcin de la resistencia dielctrica no disruptiva. -celeracin del proceso de envejecimiento de la
celulosa. 6eneracin de burbujas de gas en altas temperaturas. >egn estos #ec#os la #umedad es vital en una larga
vida de un transformador, por eso se debe determinarel contenido de #umedad para efectuar un secado o
para constatar que el proceso de secado tuvo xito.
?igura5. (onexin pruebas tan delta transformador
La medicin de la tangente delta es una #erramienta tilpara evaluar el contenido de #umedad ya que tanto laconductividad como la polarizacin de los dielctricos se veninfluenciadas por la #umedad, a muy bajas frecuencias sedescubren las propiedades especificas del aislamiento slido,siendo un mtodo no invasivo y que no depende de latemperatura.
HH. /(E&HHEF%
Resultados de la experimentacin.
Resistencia 0123o4-De/inicin de aisla-iento #isla-iento no de/inido
Te-perat'ra de aisla-iento 20.0 CTe-perat'ra a-iente 15.0 C
5'-edad Relativa 54 % r.h.Correccin de la te-perat'ra 6 #isla-iento no de/inido
I
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SqNr Desc
r.Voltage[V
]Frequency[H
z] Descr.
1 Side 5000 50 x
2 Side 10000 50 x
Tie SqN
r Descr. !onn.
"
rs[V]
DF#tand$ &
20'!!x[F]
Frequency[H
z]02(11(2015
1)*0 +1 ,anual ,anual -- /.02
/1+0-
5-.--
02(11(20151)*0
+1 ,anual ,anual 1-33 /.01 /1+
0- 0
02(11(20151)*0
+1 ,anual ,anual /0 / /13+
0- 0.05
02(11(20151)*1
+1 ,anual ,anual *125 / /.13+
12 0.01
02(11(20151)*1
+1 ,anual ,anual 511 / /13+
0- 5-.-3
02(11(2015
1)*1
+1 ,anual ,anual 25 / /13+
0-
0.02
02(11(20151)*1
+1 ,anual ,anual 25 2.-- /1-+
0- 0.0
Capacitor 6022p
De/inicin de aisla-iento #isla-iento no de/inidoTe-perat'ra de aisla-iento 20.0 C
Te-perat'ra a-iente 18.0 C5'-edad Relativa 54 % r.h.
Correccin de la te-perat'ra 6 #isla-iento no de/inido
SqNr Desc
r.Voltage[V
]Frequency[H
z] Descr.
1 Side 5000 50 x
2 Side 10000 50 x
Tie SqNr Descr. !onn. " rs[V]DF #tand$& 20'! !x[F] Frequency[Hz]
02(11(2015 1)5* +1 ,anual ,anual 1050 0.0020/ 12/+0* 5-.--
02(11(2015 1)55 +1 ,anual ,anual 2025 0.0021/ 12/+0 5-.--
02(11(2015 1)55 +1 ,anual ,anual /1-0 0.00213 12/+0* 5-.-
02(11(2015 1)55 +1 ,anual ,anual *12* 0.0022 12/+0* 0.02
02(11(2015 1)55 +1 ,anual ,anual *-- 0.00221 12/+0* 0
02(11(2015 1)55 +1 ,anual ,anual 02 0.00221 12/+0* 5-.--
02(11(2015 1)5 +1 ,anual ,anual 1* 0.00222 12/+0* 5-.--
Resistencia 0.73o4-
De/inicin de aisla-iento #isla-iento no de/inidoTe-perat'ra de aisla-iento 20.0 C
Te-perat'ra a-iente 15.0 C5'-edad Relativa 54 % r.h.
Correccin de la te-perat'ra 6 #isla-iento no de/inido
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SqNr Desc
r.Voltage[V
]Frequency[H
z] Descr.
1 Side 5000 50 4
2 Side 10000 50 4
Tie Sq
Nr Descr. !onn.
"
rs[V]
DF#tand$ &
20'!!x[F]
Frequency[H
z]
02(11(2015 2)0/ +1 ,anua
l,anua
l 11-3 /// /22+0- 0.01
02(11(2015 2)0/ +1 ,anua
l,anua
l 210- /// /.2/+12 0.01
02(11(2015 2)0/ +1 ,anua
l,anua
l /10 //1 /25+0- 0.0/
02(11(2015 2)0* +1 ,anua
l,anua
l *05 //* /22+0- 0.01
02(11(2015 2)0* +1 ,anua
l,anua
l 51- //* /.22+12 5-.-
02(11(2015 2)0* +1 ,anua
l
,anua
l
0-0 //0 /2+0- 5-.-3
02(11(2015 2)0* +1 ,anua
l,anua
l */ /23 /23+0- 0.01
02(11(2015 2)05 +1 ,anua
l,anua
l 20* /21 //*+0- 0.0*
Capacitor 0722'
De/inicin de aisla-iento #isla-iento no de/inidoTe-perat'ra de aisla-iento 20.0 C
Te-perat'ra a-iente 15.0 C5'-edad Relativa 54 % r.h.
Correccin de la te-perat'ra 6 #isla-iento no de/inido
SqNr Desc
r.Voltage[V
]Frequency[H
z] Descr.
1 Side 5000 50 4
2 Side 10000 50 4
M
Tie SqNr Descr. x " rs[V] DF #tand$
& 20'! !x[F]
Frequency[Hz]
02(05(20150)55
+1 ,anual ,anual 1103 0.00/ 25+0* 5-.-2
02(05(20150)55
+1 ,anual ,anual 1-52 0.00/3- 25+0* 0.01
02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual /0-* 0.00/** 25+0* 5-.-
02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual */55 0.0025- 25+0* 0.02
02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual 5*2- 0.001-5 25+0* 0.01
02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual 0- 0.0013/ 25+0* 0.01
02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual 231 0.00155- 25+0* 0.0*
5
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02(05(20150)5
+1 ,anual ,anual ++ ++ ++ ++
Modelacin de la respuesta.
Resistencia 0123o4-
Capacitor 6022p
J
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Resistencia 0.73o4-
Capacitor 0722'
B
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Curvas
Resistencia 0123o4-
8
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Capacitor 6022p/
72
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Capacitor 0722 p/
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HHH. (F(LG>HFE>
- -l utilizar el factor de perdidas dielctricas otangente delta, como medio para realizar un controlde calidad del aislamiento, con la medicin peridicade este factor podemos determinar si la calidad delos materiales dielctricos en los equipos omaquinas.
- (uando se efecta pruebas de factor de perdida sobreun aparato, es indispensable trazar un sistemaequivalente con todas las capacitancias que puedan
intervenir en la medicin.- odemos determinar la calidad del material y como
indicar el estado el sistema global del sistemaaislante global de la maquina
- odemos decir que un aislamiento es perfecto si elvalor de la tangente delta no se incrementa conformeaumente el valor de la tensin aplicada, sin embargo,la presencia de #uecos en el aire en el aislamiento
puede originar una tensin de ensayo aplicada essuficiente, el fenmeno de descargas parciales, lo quedetermina el incremento del factor de prdidas.
- odemos realizar la medicin de la tangente delta en
varios equipos como por ejemplo capacitores,resistencias y transformadores etcN
H0. /E(EF&-(HFE>
- En la medicin de la tangente delta se debe realizarvarias mediciones para tener una mejor visualizacinde las perdidas
- ara realizar las mediciones se debe tener enconsideracin #asta que voltaje se puede trabajar
dependiendo de nuestros equipos y el material que seva a medir.
- >e debe tener la supervisin de una personacapacitada para evitar contra tiempos y evitar riesgos
para esta prctica.
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0. /E?E/EF(H->
http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/1219
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http://repositorio.uis.edu.co/!spui/bitstream/123"#$89/3003/
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http://www.unitronicselectric.com/pdf/'rt%(3%'Dculoenerg
%(3%'9tica.pdf
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%201%20de%203.pdf
7A
http://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3003/2/136532.pdfhttp://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3003/2/136532.pdfhttp://www.novamiron.com.ar/images/TangenteDelta.pdfhttp://www.unitronicselectric.com/pdf/Art%C3%ADculoenerg%C3%A9tica.pdfhttp://www.unitronicselectric.com/pdf/Art%C3%ADculoenerg%C3%A9tica.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3003/2/136532.pdfhttp://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3003/2/136532.pdfhttp://www.novamiron.com.ar/images/TangenteDelta.pdfhttp://www.unitronicselectric.com/pdf/Art%C3%ADculoenerg%C3%A9tica.pdfhttp://www.unitronicselectric.com/pdf/Art%C3%ADculoenerg%C3%A9tica.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdfhttp://dielsaweb.com.ar/escritos/Tangente%20delta%201%20de%203.pdf