Producción y Generación de Energía Eléctrica

Producción y Generación de
Energía Eléctrica
José Gómez Quiñones
Producción de Energía
g Eléctrica
José Gómez Quiñones
Generación de Energía Eléctrica
• Termoeléctricas
–
–
–
–
–
–
–
Vapor
Turbinas de Gas
Carboeléctricas
Má i
Máquinas
de
d Combustión
C b tió IInterna
t
Ciclos combinados
Geotérmica
Núcleo Eléctrica
Núcleo-Eléctrica
• Hidroeléctricas
• Generación Distribuída
–
–
–
–
Fuentes
F
t Alternas
Alt
Eoloeléctricas
Biomasa
Fotovoltaica
José Gómez Quiñones
Central Termoeléctrica
• Una central termoeléctrica puede ser
definida como un conjunto de obras y
equipamientos cuya finalidad es la
generación de energía eléctrica a través
de un proceso que consiste en tres
etapas.
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Etapas de Generación
• En las centrales térmicas convencionales,
la primera etapa consiste en la quema de
un combustible fósil, como carbón, óleo o
gas, transformado el agua en vapor con el
calor generado en la caldera.
• La segunda etapa consiste en la
utilización de este vapor, a alta presión,
para girar
i lla tturbina
bi que, a su vez, acciona
i
el generador eléctrico.
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Etapas de Generación
• En la tercera etapa
etapa, el vapor es
condensado, transferido el residuo de su
energía térmica a un circuito
independiente de refrigeración, retornando
el agua a la caldera
caldera, completando el ciclo
ciclo.
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Etapas de Generación
José Gómez Quiñones
¿Cómo funciona?
¿
• La p
potencia mecánica obtenida p
por el p
pasaje
j del vapor
p a
través de la turbina - haciendo con que ésta gire - y en el
generador - que también gira acoplado mecánicamente
que transforma la p
potencia mecánica en
a la turbina - es q
potencia eléctrica.
• La energía así generada es llevada a través de cables o
barras conductoras, desde los terminales del generador
hasta el transformador elevador, donde es elevada su
tensión para una adecuada conducción,
conducción a través de
líneas de transmisión, hasta los centros de consumo.
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¿Cómo funciona?
¿
• Desde ahí
ahí, a través de transformadores
reductores, la energía tiene su tensión
elevada a niveles adecuados para la
utilización de los consumidores.
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Termoeléctrica
1. Cinta transportadora
2. Tolva
3. Molino
4. Caldera
5. Cenizas
6. Sobrecalentador
7. Recalentador
8. Economizador
9. Calentador de aire
10. Precipitador
11. Chimenea
12. Turbina de alta presión
13. Turbina de media presión
14. Turbina de baja presión
15. Condensador
16. Calentadores
17. Torre de refrigeración
18. Transformadores
19. Generador
20. Línea de transporte de
energía eléctrica
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Vapor
• Turbina a vapor
p
Una central termoeléctrica de tipo vapor es una
instalación industrial en la que la energía
química del combustible se transforma en
energía calorífica para producir vapor, este se
conduce a la turbina donde su energía cinética
se convierte en energía mecánica, la que se
transmite al generador, para producir energía
eléctrica.
eléctrica
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Vapor
José Gómez Quiñones
Vapor
• Utilizan el poder calorífico de
combustibles derivados del petróleo
(
(combustóleo,
b tól
di
diesell y gas natural),
t l)
para calentar agua y producir vapor
con temperaturas del orden de los
520°C y presiones
p
entre 120 y 170
kg/cm², para impulsar las turbinas
que giran a 3600 rr.p.m.
pm
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Turbinas de Gas (TurboGas)
(
)
• Emplean como combustible gas natural o diesel.
• Desde el punto de vista de la operación, el breve tiempo
de arranque y la versatilidad para seguir las variaciones
de la demanda, hacen a las turbinas de gas ventajosas
para satisfacer cargas de horas pico y proporcionar
capacidad de respaldo al sistema eléctrico.
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Turbinas de Gas
• Turbina a gas:
g
La generación de energía eléctrica en las
unidades turbogas
g se logra
g aprovechando
p
directamente, en los álabes de la turbina, la
energía cinética que resulta de la expansión de
aire y gases de combustión
combustión, comprimidos
comprimidos. La
turbina está acoplada al rotor del generador
dando lugar a la producción de energía
eléctrica Los gases de la combustión
eléctrica.
combustión, después
de trabajar en la turbina, se descargan
directamente a la atmósfera.
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Carboeléctricas
• Las centrales carboeléctricas
prácticamente no difieren en cuanto a su
concepción básica de las termoeléctricas
de tipo vapor; el único cambio importante
es el uso del carbón como combustible y
que las cenizas de los residuos de la
combustión requieren de varias
combustión,
maniobras y espacios muy grandes para
su manejo y confinamiento
confinamiento.
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Carboeléctricas
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Máquinas de Combustión Interna
• Las centrales de tipo
p combustión interna
cuentan con motores de combustión interna
donde se aprovecha la expansión de los gases
de combustión para obtener la energía
mecánica, que es transformada en energía
eléctrica en el generador.
g
• Las centrales de combustión interna, utilizan
generalmente diesel como combustible pero hay
casos donde
d d se emplean
l
una mezcla
l d
de
combustóleo y diesel.
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Combustión Interna
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Ciclo Combinado
• Las centrales de ciclo combinado están
integradas por dos tipos diferentes de unidades
generadoras: turbogas y vapor. Una vez
terminado el ciclo de generación de la energía
eléctrica en las unidades turbogas, los gases
d
desechados
h d con una alta
lt ttemperatura,
t
se
utilizan para calentar agua llevándola a la fase
de vapor
vapor, que se aprovecha para generar
energía eléctrica adicional.
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Ciclo Combinado
• Las centrales de ciclo combinado están integradas
g
p
por
dos tipos diferentes de unidades generadoras: turbogas
y vapor. Una vez terminado el ciclo de generación de la
g eléctrica en las unidades turbogas,
g
los g
gases
energía
desechados con una alta temperatura, se utilizan para
calentar agua llevándola a la fase de vapor, que se
p
p
para g
generar energía
g eléctrica adicional
aprovecha
• La combinación de estos dos tipos de generación,
permiten el máximo aprovechamiento de los
combustibles utilizados
utilizados, dando la mejor eficiencia
térmica de todos los tipos de generación termoeléctrica..
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Ciclo Combinado
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Geotérmica
¿Qué es Geotermia?
• Ciencia relacionada con el calor interior de
la Tierra
• Fuente de energía: Agua caliente
• Alternativa a vapor obtenido por fisión
nuclear, quemado por materia fósil u otros
• Yacimientos naturales:
– Fuente de calor
– Acuífero
– Capa sello
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Geotérmica
Yacimiento
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Tipos de Yacimiento
• Dependientes
p
de la temperatura
p
con la q
que el
agua sale
– Altas temperaturas ( 150 - 400 ° C)
– Temperaturas medianas (80 - 150 °C)
– Bajas temperaturas (20 - 80 °C)
• Perforación de sistemas geotérmicos (hasta
3000 m bajo el nivel del mar)
• A partir de géiseres y grietas
• Movimiento de convección de magma y
circulación de aguas profundas
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Planta Geotérmica
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Ventajas de Generación
Geotérmica
• El flujo
j de p
producción de energía
g a lo largo
g del tiempo
p es
constante
• Se conservan los combustibles no renovables.
• El área de terreno por kilowatt es eficiente y menor que
otro tipo de plantas
• No intervienen en la geografía
• Puede funcionar 24 horas al día, los 365 días del año
• Diseño para interrupciones de generación, por causas
de desastres naturales
• Diseño para aumentar el flujo de producción, si es
necesario.
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Utilización de energía Geotérmica
por países
Valores em MW de potência eléctrica
País
Argentina
Austrália
China
Costa Rica
El Salvador
França
Grécia
Indonésia
Itália
Japão
Quénia
México
Nova Zelândia
Nicarágua
g
Filipinas
Portugal (Açores)
Rússia
Tailândia
Turquia
EUA
Total
1990
1995
0.67
0.67
0
0.17
19.2
28.78
0
55
95
105
4.2
4.2
0
0
144.75 309.75
545
631.7
214.6
413.7
45
45
700
753
283.2
286
35
35
891
1227
3
5
11
11
0.3
0.3
20 6
20.6
20 6
20.6
2774.6 2816.7
5787.12 6748.58
2000
n/a
n/a
81
170
165
n/a
n/a
1080
856
600
n/a
960
440
n/a
1978
n/a
110
n/a
125
3395
9960
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En México
• Primer planta en México
México, Pathé
Pathé, Hidalgo
Hidalgo,
fue la primera en su clase en todo el
continente americano
• La planta geotérmica actual se llama
Cerro Prieto,
Prieto en Mexicali
Mexicali, B
B.C.S.
CS
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Núcleo-Eléctrica
• La fuente de energía más moderna.
• Polémica debido a sus grandes
desventajas.
• Existen dos tipos de energía nuclear:
Fusión y Fisión.
• Fusión Æ Poco viable. Fisión Æ Usada.
• Tuvo mucho impulso debido a la escasez
de petróleo que hubo en la década de los
70’s.
70
s.
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Núcleo-Eléctrica
Proceso de Generación
1. Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235 se
introducen en el reactor,
reactor y comienza un proceso de fisión.
fisión Los
neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante
unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al
introducirse, absorben neutrones, y se disminuye el número de
fisiones con lo cual,
fisiones,
cual dependiendo de cuántas barras de control se
introduzcan, se generará más o menos energía
2. En el proceso, se desprende energía en forma de calor.
3. Este calor,, calienta unas tuberías de agua,
g , y ésta se convierte en
vapor.
4. El vapor pasa por unas turbinas, haciéndolas girar.
5. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada
potencia generando así electricidad.
potencia,
electricidad
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Núcleo-Eléctrica
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Ventajas
j
• La energía nuclear, genera un tercio de la energía
eléctrica
lé t i que se produce
d
en la
l Unión
U ió Europea,
E
evitando
it d
así, la emisión de 700 millones de toneladas de CO2 por
año a la atmósfera.
• También
T bié se evitan
it
otras
t
emisiones
i i
d elementos
de
l
t
contaminantes que se generan en el uso de
combustibles fósiles (NO, So, cenizas, etc...).
• Por su bajo poder contaminante,
contaminante las centrales nucleares,
nucleares
frenan la lluvia ácida y la acumulación de residuos
tóxicos en el medio ambiente.
• Además,
Además se reducen el consumo de las reservas de
combustibles fósiles, generando con muy poca
cantidad de combustible (Uranio) muchísima mayor
energía, evitando así gastos en transportes, residuos,
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Desventajas
j
• Presenta varios peligros, que por ahora no
tienen una rápida solución.
• Costosos sistemas de seguridad.
• Podrían llegar a tener una gran
repercusión en el medio ambiente y en los
seres vivos si son liberados a la
atmósfera.
• Radiación.
• Explosiones nucleares (Bomba Atómica).
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Desventajas
j ((Residuos))
Alta actividad:
Proceden de los elementos de combustible
gastados, que se extraen del reactor, y se almacenan
temporalmente en una piscina de agua, situada dentro
de la central nuclear, y construida de hormigón, con
paredes de acero inoxidable, de tal forma que no se
escape la radiación. Una vez que la piscina se llena (que
puede
d tardar
t d décadas),
dé d ) los
l
residuos
id
se sacan de
d la
l
piscina, y se almacenan bajo tierra, profundamente, en
minas excavadas, con formaciones salinas para
mantenerlo aislado de la humedad,
humedad y metidos en
bidones blindados con material anticorrosivo. Este es el
lugar definitivo, donde se guardarán durante cientos o
incluso miles de años.
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Desventajas
j ((Residuos))
Media actividad:
S
Son
generados
d
por radionucleidos
di
l id
lib d
liberados
en ell
proceso de fisión en cantidades muy pequeñas, muy
inferiores a las consideradas peligrosas para la
seguridad y protección de las personas.
personas Los residuos
son solidificados dentro de bidones de acero, utilizando
cemento, alquitrán o resinas.
Baja actividad:
Generalmente, son las ropas y herramientas que se
utilizan en el mantenimiento de la central nuclear. Se
prensan, y se mezclan
l
con hormigón,
h
i ó de
d forma
f
que
formen un bloque sólido, son introducidos en bidones de
acero.
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Futuro
• Los científicos imaginan un mundo para el
año 2030 que utilice entre tres y cuatro
g q
que
veces la cantidad de energía
consumimos en la actualidad. Si la
mayoría de esa energía tuviera que
obtenerse
bt
del
d l carbón,
bó ell mundo
d ttendría
dí
que extraer 25 mil millones de toneladas
de carbón por año
año. Por lo que los riesgos
de la energía nuclear se verían
minimizados en contraste
contraste.
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Hidroeléctrica
• Una planta hidroeléctrica utiliza la energía
potencial del agua almacenada en un
lago a una elevación mayor
lago,
mayor, el agua fluye
por una tubería que llega a la turbina
haciéndola girar
girar, la cual activa a un
reactor que genera energía eléctrica, es
decir hay una transformación de energía
mecánica a energía eléctrica.
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Hidroeléctrica
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Hidroeléctrica
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Ventajas-Desventajas
j
j
• Una fuente de energía limpia que nos ofrece la
naturaleza
t l
• Una fuente autóctona. Solo lo que hace falta es construir
las infraestructuras necesarias.
• Depende de las condiciones climatológicas.
• Impactos en el Medio
• Producen pérdidas de suelo productivo, en la cobertura
vegetal y fauna terrestre por inundación del terreno
destinado al embalse. También p
provocan disminución en
el caudal de ríos y arroyos, así como alteración en la
calidad de las aguas y repercusiones en la fauna
acuática.
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Energía
g Solar
• Resultado de reacciones nucleares que llegan a
la Tierra a través del espacio en cuantos de
energía llamados fotones, que interactúan con
la atmósfera y la superficie terrestres.
• La intensidad de energía solar disponible en un
punto determinado de la Tierra depende, de
forma complicada pero predecible, del día del
año de la hora y de la latitud
año,
latitud.
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Recolección de Energía
g Solar
•
•
•
Requiere dispositivos artificiales
llamados colectores solares
solares,
diseñados para recoger energía, a
veces después de concentrar los
rayos del Sol.
L energía,
La
í una vez recogida,
id se
emplea en procesos térmicos o
fotoeléctricos, o fotovoltaicos.
procesos fotovoltaicos,, la
En los p
energía solar se convierte en energía
eléctrica sin ningún dispositivo
mecánico intermedio (placa plana y
)
de concentración).
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Celdas fotovoltaicas
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Celdas fotovoltaicas
Un dispositivo multijuntura es un conjunto de
celdas individuales de una sola juntura
juntura,
colocadas en orden descendente de acuerdo a
su espacio de banda. La celda más alta captura
los fotones de alta energía y deja pasar el resto
de los fotones hacia abajo para ser absorbidos
por las celdas con espacios de bandas más
bajos.
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Ventajas
j
•
•
•
•
•
•
Es gratis
L sistemas
Los
i t
solares
l
té
térmicos
i
no requieren
i
abastecimiento
b t i i t de
d combustible,
b tibl
son totalmente silenciosos, y apenas requieren mantenimiento.
Una vez que se ha amortizado la inversión inicial, toda la energía que
produce el sistema solar térmico es un ahorro neto.
L paneles
Los
l té
térmicos,
i
por su aspecto
t y constitución,
tit ió resultan
lt fá
fáciles
il d
de
integrar y adaptar en las edificaciones. Los sistemas solares térmicos son
la solución ideal para aquellos casos en los que se intenta respetar al
máximo el entorno natural.
Utilizan una fuente de energía renovable (la radiación solar)
solar), lo que quiere
decir que a la escala temporal humana es inagotable, al contrario de lo que
sucede con las fuentes de energía convencionales que dependen de un
recurso que es limitado (petróleo, carbón, gas natural, etc.).
Producen calor sin necesidad de ningún tipo de reacción o combustión
combustión,
evitando la emisión a la atmósfera de CO2 u otros contaminantes
responsables entre otros fenómenos, del calentamiento de la atmósfera
(efecto invernadero). Por cada m2 de superficie colectora instalada se deja
de emitir a la atmósfera 500 Kg. de CO2 al año.
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Desventajas
j
• Pérdidas en el almacenamiento de la
energía, calidad y eficiencia de materiales
con que se aprovecha la radiación solar
solar.
• Para el aprovechamiento de la radiación
solar se tienen los altos costos de
instalación
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Desventajas
j
• Está sometida a continuas fluctuaciones y
a variaciones más o menos bruscas. Así,
por ejemplo
ejemplo, la radiación solar es menor
en invierno, precisamente cuando más se
necesita.
necesita
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Transporte de Energía
g Eléctrica
• Transmisión (Alto Voltaje
Voltaje, > 230 KV)
• Subtransmisión (Mediano Voltaje, >69 KV
< 230 KV)
• Distribución (Bajos Voltajes
Voltajes, < 69KV hasta
220 V)
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TJI
Red Troncal del Sistema Eléctrico Nacional
CRO
OZA RIN NZI CTY
RUM
TEK
STB
APD
ROA
WIS
MXI
MEP
CPU
PAP
PJZ
CIP
RZC
2003
HGO
CPD
CHQ
SSA
CPT
SVE
TRI
CNN
ICA STA
SCN
SAF
LCD
HLC
SQN
NCC
MCZ
LCF
NEC
750 MW
CUN
AUA
CHD
PGD
AVL
COT
FVL
TUV
DE LyFC)
CBD
COC
VAE
DE LA CIUDAD DE MEXICO
(AREADE COBERT URA
REC
NAV
ZOC
VIC
ZONA METROPOLIT ANA
PNE
HCL
TEX
NUR
PNO
CGD
HTS
NUL
MON
LAM
FRO
LMD
LRO
TPO
AND
GPL
LED
CUT
VIO
LPZ
BLE
MZ D
SNT
ETR
SJC
APT
CAD CAB
LNT
ZPP
TSN
GUN GDO
GUD
ATQ IRA
ABA
ATN
MT A
CMD
CENTRAL GENERADORA
SUBESTACIÓN
LÍNEA DE 400 KV
LÍNEA DE 230 KV
LÍNEA DE 138 KV
LÍNEA DE 115 KV
MND
MAM
TAP
COL
APZ
ALT
MIA
HRC
MZ T
CBN
ZOCJAL
PBD
DOG ZAP
ATE
MZ L
TUV
LRP
LRA
DBC
OJP VRD
ATD
CRE
QMD
LAT
ESA
PYU
XUL
INS
CTE
CDD
PEA
TM D
TM T
KAL
CNR
MID CTS
TOM
HAA
PKP
KNP VAD PCN HBK
TIU
NIZ
TIC
SAM KBL
SBY
JDN
VDD
NCM IZL
SUR
MAX
CMO
PEO
SIC LCP
MDA
ELC
LAV
TCL
CRL
NTE
PTE
Líneas de 400 kV
14,997 KM
PRI
PRD
CEL
CRP
UPT
CPT
BNP PJU
CEK
KOP TZ M CNC
TPC
DAÑ
SAU
ZM N
QRO
QRP
INF
VIL
DETALLE DE LA ZONA METROPOLI TANA
SLD
VDR
SPA
ANP
SLM
CYACNI
MRP MAN
OCN
CGM
MZ L
ZAP
TM O
LNU
APR
GDU
TCL
ATE
INV
GUE
AGS SLP
AGM
VTP
AYO
CRU
BRN
EST
TOL TOP
LVI
CHR
ZCD
TED
PBD
LAJ
TDS
SIMBOLO GÍA
TEC
VGR
HBL
DOG
MT M
CCL
HUI
PZA
CED
CAL
DGS
NOP
ATE
RIB
FAM
MT Y
SAL
PEL TRS
DGD
PUP
VDG
APC
INS
GAO
CPR
REY AER
NIC
GMD
DOG
OJC
ADC
ESC
SGD
PES
DOM
TIZ
SAU
AMI
CDY
HLI
SMN
CEL
APA
NGC
HLT
PLD
PRD
HRC
TUL
QRP
SYC
NRI
KON
VJZ
REA
KLV
JUI
MPS
MM T
OXP
JUD
Líneas de 230 kV
24,526 KM
ANG
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Tipo de Usuarios de Energía
Eléctrica
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Ventas de Energía Eléctrica por
usuarios
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Tarifas
Generales
• Baja tensión 2, 3
• Mediana Tensiòn OM, HM
• Alta
Alt T
Tensión
ió HS
HS, HL
HL, HS
HS-L,
L HT
HT-L
L
• Servicio de Respaldo HM-R, HM-RF ...
• Servicio Interrumpible I-15, I-30
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