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Francisco J. Triveno Vargas Dr. SIB, 42351, e-mail: trivenoj@hotmail.com Abstract: This work contains the review of mathematical modeling of generator, Heffron-Phillips model, the

Profesional Destacado

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El presidente Nacional de la Sociedad de Ingenieros de

S. I. B. - Artículos filtrados por fecha: Noviembre 2019

El Presidente Nacional de la Sociedad de Ingenieros de Bolivia, Ing. Carlos Ballón López, fue elegido y posesionado el día de hoy, 6 de marzo de 2021, como nuevo Secretario de la Unión Panamericana de Asociaciones de Ingenieros (UPADI), por el periodo de 4 años.

El nuevo Directorio, posesionado en reunión virtual de la fecha, está presidido por el Dr. Salvador Landeros Ayala, acompañado por el Ing. Aridai Herrera, Presidente Electo gestión 2023-2025, Ing. Carlos Ballón López, Secretario de la Asamblea General, el Ing. Miguel Fierro, como Tesorero y los Vicepresidentes de las 5 regiones: la del Norte, a cargo del Ing. Raymond Issa; de los países de Centro América: Ing. Claudia Zúñiga; del Caribe, Arq. Mercedes Iraidy Elesther Savigne, de los países Bolivarianos, Ing. Gustavo Saavedra y de los países del Sur, Ing. Lucas Blassina.

En esta ocasión participaron más de 20 países, incluidos Portugal y España como veedores de los comicios.

Una vez concluida la elección, se realizó la Toma de Posesión de las nuevas Autoridades de la UPADI dando paso a la gestión del Dr. Landeros.

Publicado en Noticias SIB

Francisco J. Triveno Vargas Dr.

SIB, 42351, e-mail: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.


Abstract: This work contains the review of mathematical modeling of generator, Heffron-Phillips model, the presentation of the algorithm based on the frequency domain for determining the time constants of the filters lead-lag of PSS. Emphasize that the techniques proposed for the design of the power system stabilizers aim to minimize the oscillations of the power system after disturbances, in order to improve the stability of the Bolivian interconnected system.

Keywords: Power System Stabilizer, Voltage and Speed Regulators, Generator.


  1. INTRODUCCIÓN

El sistema de energía es un sistema multivariable no lineal que opera en un entorno sujeto a cambios continuos, variaciones de carga, salidas y entradas de generadores, cambios en la topología y parámetros operacionales. Si el sistema sufre perturbaciones, debe ser capaz de responder satisfactoriamente y cubrir con éxito variaciones de carga y perturbaciones tales como cortocircuitos en las líneas de transmisión o la salida de generadores Pota (2018), Kundur (1993).

La respuesta del sistema a una perturbación puede comprometer varias instalaciones. Por ejemplo, la falla de un elemento crítico seguida de su aislamiento por la acción de relés de protección provocará variaciones en los flujos de potencia, tensiones y en la frecuencia de la red. Las variaciones de voltaje accionan los reguladores automáticos de tensión (AVR) y los estabilizadores de potencia (PSSs); y las variaciones de frecuencia activan los reguladores de velocidad. Por otro lado, es función del sistema de energía abastecerla de manera continua, respetando los niveles de calidad, i.e., debe mantener la frecuencia y la tensión dentro de límites preestablecidos Development and Committee (2006), Development and Committee (2014).

Particularmente, aunque existe una investigación considerable para el proyecto de PSSs en sistemas multimáquina Theja et al. (2013), Tavakoli et al. (2015), Ferdoush and Rabbani (2014), Hammer (2011), Kamwa et al. (2005), dos Santos Mota (2010), Padiyar (2008), Mengjing et al. (2016) Machowski et al. (2008),Barik (2014), Banna et al. (2014), ningún resultado definitivo fue aplicado en campo. En este sentido, este trabajo contiene la descripción del modelo Heffron-Phillips, la presentación del algoritmo basado en el dominio de frecuencia para la determinación de las constantes de tiempo de los filtros de avance y atraso (lead-lag).

Finalmente, se presentan los resultados, algunas conclusiones y consideraciones. Es importante resaltar que la técnica presentada para el proyecto de PSSs tiene como objetivo minimizar las oscilaciones del sistema de energía luego de perturbaciones, con el fin de mejorar la estabilidad del Sistema Interconectado Nacional (SIN).

  1. MODELO DO SISTEMA DE POTENCIA

El proyecto es basado en una única máquina conectada a una barra infinita (SMIB)1. Las ecuaciones diferenciales de una única maquina con decaimiento, donde Efd es la entrada y Gex(s) el AVR son:

imagen 1

Las ecuaciones (1)-(3) e (4) son las que rigen el sistema de barra infinita. Linealizando al rededor de un punto de operación, y eliminando las variables Id, Iq, θ, Vd y Vq es obtenido el diagrama de bloques de la Fig. 1 que corresponde al modelo de Heffron-Philips.

     2.1 Consideraciones de proyecto

El PSS cuya entrada corresponde a la frecuencia ω conectado a la entrada de la excitatriz es representado por la función de transferencia G(s) tal como ilustrado en la Fig. 2.

Asumiendo que las variaciones ∆Vref y ∆δ son nulas, la contribución del PSS a la relación torque-angulo es:

imagen 2

imagen 3Figura 1. Modelo de Heffron-Phillips

imagen 4

Figura 2. Entrada del PSS

  1. ESTABILIZADOR DO SISTEMA DE POTENCIA

La Fig. 3 ilustra un PSS con una única entrada 2 . Los bloques de atraso y avance son representados por las constantes T1 a T4. La ganancia del estabilizador es Kc.

imagen 5

Figura 3. Estabilizador de potencia clásico

  1. ALGORITMO EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA

Este algoritmo fue propuesto por Yu (1983) e Sauer and Pai (1997), el mismo contien los siguientes pasos:

(1) Determinar ωn no amortiguada en rad/s de la malla

imagen 6

(2) Determinar el atraso de fase de GEP(s) en s = jωn,

(3) Determinar el avance de fase de G(s) tal que:

imagen 8(4) Determinar la ganancia del PSS como:

imagen 9

  1. RESULTADOS

El Cuadro 1 presenta los los valores de una unidad de generación hidroeléctrica en suelo Boliviano.

Cuadro 1. Datos en pu

imagen 10Las condiciones iniciales calculadas son presentadas en el Cuadro 2, estos valores fueron determinados a partir de las interacciones entre DIgSILENT y Matlab-Simulinnk®:

Cuadro 2. Condiciones iniciales

imagen 11

El Cuadro 3 presenta las constantes de Heffron-Phillips:

Cuadro 3. Constantes Heffron-Phillips

imagen 12

La simulación obtenida para una variación de carga y una variación de tensión sin el PSS es ilustrada en la Fig. 4. En este resultado se verifica el sistema es inestable.

Realizado el proyecto, el Cuadro 4 presenta los parámetros obtenidos:

Cuadro 4. Parámetros de proyecto

imagen 13

imagen 14

Figura 4. Velocidad ω sin PSS La simulación obtenida para una variación de carga y una variación de tensión con el PSS adicionado es ilustrado en la Fig. 5. En este resultado se verifica que el sistema ahora es estable.

  1. imagen 15CONCLUSIONES

En este trabajo se realizaron las siguientes actividades: una amplia revisión bibliográfica en relación con el control de sistemas potencia, incluyendo regulación de velocidad, regulación de tensión y PSSs. Existió la necesidad de profundizar en el modelado de reguladores y generadores, para llegar al modelo de barra infinita. Se presentó la estructura genérica del PSS y el algoritmo basado en el dominio de frecuencia. Se proyectaron PSSs, se implementaron estructuras de control y se realizaron simulaciones. Las simulaciones incluyendo variaciones de carga y tensión fueron realizadas con datos obtenidos de la relación Matlab-Simulink®-DIgSILENT. Los resultados se consideran altamente satisfactorios y hacen parte de un paquete de transferencia de tecnología en pequeña escala en el área de Energía Guaracachi (Accesado: diciembre 2020) y dos Reis et al. (2020).

REFERENCIAS

Banna, H.U., Luna, A., Rodriguez, P., Cabrera, A., Ghorbani, H., and Ying, S. (2014). Performance analysis of conventional pss and fuzzy controller for damping power system oscillations. In 3th International Conference on Renewable Energy Research and Applications, 229–234. IEEE.

Barik, S. (2014). Design of Power System Stabilizer Using Robust Control Techniques. National Institute of Technology Calicut, first edition.

Development, E. and Committee, P.G. (2006). Ieee recommended practice for excitation system models for power system stability studies. Technical report, IEEE Power Engineering Society.

Development, E. and Committee, P.G. (2014). Ieee guide for the preparation of excitation system specifications. Technical report, IEEE Power and Energy Society.

dos Reis, D.R., Ferreira, P.H.B., del Vecchio Reche, V.G., and Vargas, F.J.T. (2020). Proposta para o refinamento de ganhos do estabilizador de potência de uma unidade de geração hidrelétrica. In Congreso Brasileiro de Automatica 2020. SBA. doi:https://doi.org/10.48011/ asba.v2i1.1044.

dos Santos Mota, D. (2010). Tecnicas de Ajuste de Estabilizadores de Sistemas de Potencia. Universidade de São Paulo, first edition.

Ferdoush, A. and Rabbani, M.G. (2014). Power system stabilizer tuning based on frequency response method. In 8th International Conference on Electrical and Computer Engineering, 536–539. IEEE.

Guaracachi, S. (Accesado: diciembre 2020). ingenieros de ende guaracachi logran el modelado matematico del ciclo combinado. http://guaracachi. com.bo/index.php/publicaciones/noticias/ 269-ingenieros-de-ende-guaracachi-logran-el-modelado-matematico-del-ciclo-combinado.

Hammer, A. (2011). Analysis of IEEE Power System Stabilizer Models. Norwegian University of Science and Technology, first edition.

Kamwa, I., Grondin, R., and Trudel, G. (2005). Ieee pss2b versus pss4b: The limits of performance of modern power system stabilizers. IEEE Transactions on Power Systems, 20(2), 903–915.

Kundur, P. (1993). Power System Stability and Control. McGraw-Hill, first edition.

Machowski, J., Bialek, J., and Bumby, J. (2008). Power System Dynamics: Stability and Control. Wiley and Sons, first edition.

Mengjing, F., Jianfen, Z., and Kewen, W. (2016). Parameters setting of power system stabilizer pss2b. In Advances in Engineering Research, volume 112, 63– 69. 4th International Conference on Renewable Energy and Environmental Technology, Atlantis Press.

Padiyar, K. (2008). Power System Dynamics: Stability and Control. BS Publications, second edition.

Pota, H.R. (2018). The Essentials of Power System Dynamics and Control. Springer, first edition.

Sauer, P.W. and Pai, M.A. (1997). Power System Dynamics and Stability. The University of Illinois at UrbanaChampaign.

Tavakoli, M.R., Rasouli, V., and Allahkaram, S. (2015). A new design of double input power system stabilizers using sqp for interconnected power systems. Modern Electric Power Systems (MEPS), Wroclaw, 1–6.

Theja, B.S., Rajasekhar, A., Kothari, D.P., and Das, S. (2013). Design of pid controller based power system stabilizer using modified philip-heffron’s model: An artificial bee colony approach. IEEE Symposium on Swarm Intelligence (SIS), Singapore, 228–234.

Yu, Y.N. (1983). Electric Power System. Academic Press.

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Autor: MSc. Ing. Leonardo Ariel Benavidez Mamani

1.         RESUMEN.

El presente Artículo describe la creación y componentes de la Infraestructura de Calidad en Bolivia, como una instancia macro en cuanto al establecimiento de directrices de calidad de productos y servicios, para posteriormente centrarse en lo relativo a la Reglamentación Técnica.

2.         INTRODUCCIÓN.

La Infraestructura de la Calidad consiste en el conjunto de instituciones que aseguran la conformidad y características de los productos y servicios que se comercializan en un determinado territorio [1].

En ese sentido, como parte de la infraestructura de la calidad se encuentra la Reglamentación Técnica, misma que es conocida internacionalmente dentro del ámbito del Acuerdo de Obstáculos Técnicos al Comercio (OTC) de la Organización Mundial del Comercio (OMC), y que proporcionan requisitos técnicos a ser cumplidos obligatoriamente en la fabricación o importación de productos [2].

3.         ANTECEDENTES.

  • Del Sistema Boliviano de Normalización, Metrología, Acreditación y Certificación (SNMAC)

El citado Sistema, describe la Infraestructura de Calidad en Bolivia y fue creado con la promulgación del D.S. 24498 del 17/02/1997, el cual en su Artículo 3 establece la creación del Consejo Nacional de la Calidad, cuyo objetivo es el de dirigir las actividades de Normalización, Metrología, Acreditación y Certificación, y todas aquellas actividades que estén vinculadas a la calidad de productos, procesos y servicios en el país, tal como es el caso de la Reglamentación Técnica.

3.2.      De la Reglamentación Técnica

La Reglamentación Técnica en general se encuentra enmarcada bajo los lineamientos establecidos en el Acuerdo OTC de la OMC, del cual Bolivia es signatario, mismo que define un Reglamento Técnico (RT) como un documento en el que se establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción con ellas relacionados, con inclusión de las disposiciones administrativas aplicables, y cuya observancia es obligatoria. También puede incluir prescripciones en materia de terminología, símbolos, embalaje, marcado o etiquetado aplicables a un producto, proceso o método de producción, o tratar exclusivamente de ellas [2].

4.     DESARROLLO.

Tal como se mencionó anteriormente, Bolivia cuenta con una Infraestructura de Calidad, en la que sus componentes aun que trabajen de forma independiente, finalmente se articulan de la siguiente manera: si bien la Reglamentación Técnica establece requisitos técnicos de productos, estos deben estar basados en normas técnicas las cuales son elaboradas por la instancia de Normalización (IBNORCA a nivel nacional que es representante de ISO en Bolivia); asimismo, dado que existen normas que establecen directrices sean de fabricación o verificación, éstas deben ser evaluadas por Organismos

 

de Evaluación de la Conformidad (sean de Certificación, Inspección o Laboratorios de ensayo), los cuales si bien están establecidos deben validar sus procedimientos para la obtención de resultados confiables, por lo que actúa el componente de Acreditación de dichos organismos (IBMETRO/DTA), que brinda la certeza que los mismo efectivamente van a emitir resultados confiables, sin embargo, éstos no pueden ser obtenidos por equipos o instrumentos de medición sin los debidos mantenimientos y calibraciones correspondientes por lo que en ese aspecto actúa el componente de Metrología (IBMETRO); es de esa forma que todos los componentes del sistema actúan de manera interrelacionada, asegurando la calidad de que los productos comercializados en territorio nacional, sean aptos y seguros para los usuarios(as) o consumidores(as) finales.

Por otra parte, en cuanto a los beneficios de la aplicación de la Reglamentación Técnica, esta si bien se encuentra en una etapa incipiente en Bolivia, “existe”, y proporciona ciertos beneficios para la comercialización de productos, aunque estos no se fabriquen en territorio nacional, p.ej. para instrumentos de medición envueltos en transacciones comerciales (balanzas, medidores de agua potable, de energía o gas, entre otros), se aseguraría que las lecturas de los mismos sean completamente verídicas, evitando así cobros y/o perdidas de los consumidores; por otra parte, para el caso de productos de alto riesgo como p. ej. cilindros de alta presión de gases industriales, medicinales o de GNV, con la aplicación de RTs, se velaría que éstos no presenten fugas u otros defectos que pueden ocasionar daños al usuario y personas colindantes e instalaciones aledañas por explosiones; es de esa forma que, si bien los RTs nivelan ciertos márgenes de calidad de productos, también se encargan de que los mismos no representen algún tipo de riesgo en su uso o generen confusión sobre sus características debido a un etiquetado incompatible o susceptible a interpretaciones erróneas por los usuarios(as) o consumidores(as).

5.     CONCLUSIONES.

  • Actualmente Bolivia cuenta con una Infraestructura de la Calidad establecida y cuyos componentes se encuentran operando, a partir del S. 24498 del 17/02/1997.
  • Bolivia en cuanto a Reglamentación Técnica, se encuentra inmerso en el Acuerdo de Obstáculos Técnicos al Comercio de la Organización Mundial del
  • Entre los beneficios de la aplicación de Reglamentos Técnicos, a partir del establecimiento de requisitos de productos, se encuentran la protección de la seguridad humana, animal o vegetal, medio ambiente, seguridad nacional, prevención de las prácticas que pueden inducir a error al consumidor o usuario.

6.     BIBLIOGRAFÍA.

  • GERMAN SOCIETY FOR INTERNATIONAL COOPERATION; CEPAL; DIVISIÓN DE DESARROLLO PRODUCTIVO Y EMPRESARIAL ALEMANIA; MINISTERIO FEDERAL DE COOPERACIÓN ECONÓMICA Y DESARROLLO ALEMANIA; Impacto de la infraestructura de la calidad en América Latina. Disponible en:

<https://www.cepal.org/es/publicaciones/35370-impacto-la-infraestructura-la-calidad- america-latina-sintesis>

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Hoy, 23 de febrero de 2021, la Sociedad de Ingenieros de Bolivia, representada por el Presidente Nacional, Ing. Carlos Ballón López junto al Ing. Marcelo Torrejón, presentaron la propuesta de Agenda Cochabambina 2021-2026, al candidato a la Gobernación de Cochabamba, Humberto Sanchez.

El Ing. Ballón mencionó los puntos importantes planteados con base en “los ejes temáticos determinados en los Objetivos del Desarrollo Sostenible 2021-2030, establecidos en el mundo entero por la Asamblea General de las Naciones Unidas y enfocados, particularmente, al desarrollo del departamento de Cochabamba, mismos que deben formar parte fundamental de un programa regional para los próximos cinco y diez años”, dijo.

La propuesta se basa en 7 puntos fundamentales, como ser la problemática de las Vías de transporte, la industria, planificación y alianzas, el transporte, Seguridad y Educación Vial, Agua, Energía y el Medio Ambiente.

La propuesta fue bien recibida por el Candidato a la Gobernación, quien mencionó la predisposición para trabajar conjuntamente.

En la reunión, también participaron el 1er candidato a Asambleista Departamental, Sergio de la Zerda, el Presidente Nacional de ENDE, Marko Escobar, el ex Ministro de Energías, Rafael Alarcón, Jazmín Rocabado y Roberto Peredo, Directores de la SIB Departamental Cochabamba, entre otros.

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Methodology to evaluate the structural vulnerability of concrete frame buildings due to differential settlements

Gallardo López Gabriela Edith. RNI: 30683. Tarija - Bolivia. C/ 26 de Mayo #204, Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.

Resumen:

Este trabajo propone una metodología simplificada para evaluar la respuesta estructural de edificios aporticados de hormigón armado expuestos a asentamientos diferenciales, mediante el uso de procedimientos inspirados en el análisis de riesgo sísmico.

Se ha tomado en cuenta diferentes parámetros que podrían influir en la respuesta estructural como ser: la compresibilidad del suelo, ubicación y magnitud del asentamiento, tipología estructural, fluencia, características mecánicas de los materiales, geometría y cuantía de las secciones, para definir los estados de daño y desarrollar curvas de fragilidad que pueden ser utilizadas para evaluar cuantitativamente la vulnerabilidad estructural de edificios esenciales debido a asentamientos diferenciales no previstos por consolidación, deslizamientos, excavaciones cercanas, subsidencia, etc.

Palabras clave: Vulnerabilidad, respuesta estructural, asentamiento diferencial, curvas de fragilidad.

1. Introducción

Desde hace más de 60 años se han desarrollado estudios y metodologías para calcular la respuesta de la edificación al asentamiento diferencial, una tarea complicada debido a la particularidad de cada estructura. Algunos estudios relevantes son los realizados por Skempton y MacDonald (1956), Burland y Wroth (1974) y Son y Cording (2011) que representan las diferentes tendencias desarrolladas a lo largo del tiempo como ser: los métodos empíricos, los métodos basados en el análisis estructural y los métodos basados en modelaciones numéricas. 

2. Materiales y métodos

La investigación realizada es de tipo paramétrica, en la cual a través de la manipulación de variables se identificará los factores más relevantes en la respuesta estructural debido a diferentes asentamientos del suelo y los niveles de daño alcanzados, tomando en cuenta la interacción suelo-estructura, compresibilidad del suelo, las propiedades mecánicas de las secciones, la no linealidad de los materiales y el tiempo en el que es aplicado el asentamiento, con el fin de desarrollar una metodología simplificada que permita evaluar la vulnerabilidad de estructuras aporticadas de hormigón armado expuestas a asentamientos diferenciales.

En la investigación se utiliza procedimientos inspirados en el riesgo sísmico, como ser: el análisis estático no lineal o pushover. Se incorpora además al análisis: la interacción suelo – estructura, con el fin de estudiar la incidencia de la compresibilidad del suelo en los efectos del asentamiento diferencial. Para lo cual se utiliza el programa ISE-2007, desarrollado por Echavarria y Hoyos (1995) que permite enlazarse al SAP2000 y realizar diferentes ciclos de iteración.

A continuación se enumeran los pasos de la metodología propuesta para realizar el análisis de vulnerabilidad de una estructura sometida a asentamientos diferenciales:

  1. Se define la tipología estructural y las características mecánicas de los materiales constitutivos.
  2. Se elige el sistema de fundación.
  • Se realiza el pre-dimensionamiento de los elementos de la estructura.
  1. Se modela la estructura y el suelo de fundación en un programa de elementos finitos.
  2. Se definen estados de cargas y combinaciones.
  3. Se analiza la estructura tomando en cuenta la interacción suelo-estructura.
  • Se calcula el refuerzo de las secciones con la norma ACI.
  • Se ajustan las curvas analíticas esfuerzo-deformación de los materiales constituyentes de la estructura, considerando el comportamiento no lineal
  1. Se determinan las gráficas: Momento–curvatura de las secciones de vigas y columnas, incluyendo los efectos del tiempo.
  2. Se definen los parámetros indicadores del daño en función de las deformaciones unitarias del hormigón y del acero asociado a un estado discreto de daño.
  3. Posteriormente se realiza un análisis estático no lineal, imponiendo asentamientos verticales en los nodos de cada zapata: central, de esquina y medianera que van incrementando de manera monotónica.
  • Se identifican los elementos críticos de la estructura en cada modelo de asentamiento diferencial para la obtención de sus correspondientes solicitaciones.
  • A través de diagramas momento-curvatura se obtienen las deformaciones unitarias de las secciones.
  • Se calculan las curvas de fragilidad.

3. Discusión

Con base a los resultados obtenidos se comprueba que es posible aplicar una metodología sencilla, económica y rápida, para evaluar la vulnerabilidad de estructuras aporticadas de hormigón armado afectadas por asentamientos diferenciales a lo largo de un tiempo definido.

Las curvas de fragilidad para evaluar el daño pueden calcularse considerando la no linealidad de los materiales, la interacción suelo estructura y los efectos a largo plazo para obtener valores representativos a la realidad constructiva.

Al comparar la probabilidad de daño calculado para los asentamientos ocurridos en un tiempo de 0.5 años vs. 5 años para un mismo modelo, existe una variación favorable en las estructuras que fueron sometidas a asentamientos diferenciales en un tiempo de 5 años, evidenciando que la influencia del flujo plástico permite a las estructuras de hormigón armado adaptarse y tolerar mejor los asentamientos diferenciales con el pasar del tiempo.

La ubicación del asentamiento diferencial parece tener mayor incidencia en los daños de la estructura que la magnitud del mismo, siempre que se encuentre en valores similares. El asentamiento de una zapata central genera mayor vulnerabilidad en una estructura a sufrir daños que el asentamiento de una zapata medianera y que el de una zapata de esquina.

El perfil de deformación del suelo después de ocurrido los asentamientos impuestos a la estructura, podría influir en el asentamiento diferencial máximo que puede tolerar la misma.

La analogía utilizada del análisis sísmico “Pushover” para evaluar el comportamiento de una estructura sometida a diferentes modelos de asentamiento diferencial, es una técnica de gran ayuda que permite generar curvas de fragilidad para evaluar el daño en diferentes escalas.

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