Linea 34.5kv Pozo 5 Modelo

LINEA 34.5 KV POZO 5 - CLUSTER 3 AL CLUSTER 4

CASTILLA, META

ECOPETROL

PROYECTISTA:

VICTOR FERNANDO NAVARRO GOMEZ INGENIERO ELECTRICISTA M.P. 1046 R1090/75 C.P.N.

Bucaramanga, Agosto de 2.007

VICTOR FERNANDO NAVARRO GOMEZ INGENIERO ELECTRICISTA Bucaramanga, Agosto de 2.007

LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4

TABLA DE CONTENIDO

1 DATOS GENERALES

1.1 RESUMEN DEL PROYECTO

1.2 LOCALIZACIÓN

1.3 CONDICIONES AMBIENTALES DE LA ZONA

1.4 RED EXISTENTE

1.4.1 CIRCUITO ALIMENTADOR

1.5 RED PROYECTADA

1.6 NORMAS

2 TOPOGRAFÍA

2.1 SELECCIÓN DE LA RUTA

2.2 SISTEMA DE LEVANTAMIENTO

3 TOPOLOGÍA DEL SISTEMA

3.1 CONFIGURACIÓN DE LA LÍNEA

4 DISEÑO ELECTRICO

4.1 SELECCIÓN DEL CONDUCTOR

4.2 SELECCIÓN DE LA POTENCIA DE DISEÑO

4.3 REGULACIÓN Y PÉRDIDAS DE POTENCIA

4.4 BLINDAJE DE LA LÍNEA

4.4.1 AISLAMIENTO

4.4.2 APANTALLAMIENTO

4.4.2.1 CABLE DE GUARDA

5 DISEÑO MECÁNICO

5.1 DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD

5.2 SELECCIÓN DE LA PLÁNTILLA

DATOS DEL CONDUCTOR

5.3 PLANTILLADO. CUADRO GENERAL DE VANOS

Bucaramanga, Cra 28 55-68 Ap. 801 Tel. 7– 6431872 Tigo 300 5556733 [email protected]

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LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4 5.4 CÁLCULO DEL VANO REGULADOR

5.5 CÁLCULO DE TENSIONES Y PARÁMETROS

5.5.1 PLANTILLA

5.5.2 CALCULOS DE LA CURVA DEL CONDUCTOR

HIPOTESIS PARA DISEÑO MECÁNICO

APLICACION DE LA ECUACION DE CAMBIO DE ESTADO

CURVA EN CALIENTE

CURVA EN FRIO

5.6 CÁLCULO DE MÁXIMA FLECHA Y DISTANCIA HORIZONTAL ENTRE CONDUCTORES

5.7 ESFUERZOS SOBRE LAS ESTRUCTURAS

5.8 SELECCIÓN DE ESTRUCTURAS

5.9 TEMPLETES

5.10 VIBRACIONES

5.11 TABLAS DE TENDIDO DEL CONDUCTOR

TABLA DE TENDIDO DEL CONDUCTOR

TABLA DE TENDIDO DEL CONDUCTOR PARA VANOS REALES

6 ESTRUCTURAS

7 DOCUMENTOS ANEXOS

PLANO DEL PERFIL DE LA LINEA

PLANTILLA


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1 DATOS GENERALES

1.1 RESUMEN DEL PROYECTO

LOCALIZACIÓN

MUNICIPIO

DEPARTAMENTO

TIPO DE PROYECTO

CASTILLA

META

LINEA DE DISTRIBUCION

CANTIDAD DE USUARIOS UNO

CAPACIDAD INSTALADA

TIPO: Red Aérea

TENSIÓN:

CONDUCTOR

34.5 KV

ACSR No. 4/0

ESTRUCTURAS A INSTALAR S-125, R-131, R-550, R-560

CABLE DE GUARDA: ALUMOWELD 3 No. 8

1.2 LOCALIZACIÓN

La línea de subtransmisión a 34.5 KV deriva del punto de coordenadas 1049090.7910E y 921068.1039N frente a

la SUBESTACION ELECTRICA del CLUSTER 3, en el municipio de CASTILLA, en el departamento del META. La

longitud de la línea es de 224 Km.

1.3 CONDICIONES AMBIENTALES DE LA ZONA

TEMPERATURA IDEAM DISEÑO

Mínima Mínima 12.4 º C 15 º C

Mínima Media 17.3 º C

Media 25 º C 30 º C

Máxima Media 32.7 º C

Máxima Máxima 37 º C 60 º


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VELOCIDAD DEL VIENTO

(KM/h)HUMEDAD RELATIVA NIVEL ISOSERAUNICO

ALTURA SOBRE NIVEL

DEL MAR

100 Km / h 75 % 35 días / año 398 m

1.4 RED EXISTENTE

Actualmente existen Media Tensión a 34.5 KV en el CLUSTER 3, sobre postes de concreto de 14 metros.

1.5 RED PROYECTADA

Se proyecta construir la línea de transmisión a 34.5 KV sobre postería de concreto de 14 y 16 metros 750 y 1050 Kg

de resistencia, en conductor de ACSR No. 4/0, aislamiento y protección para 34.5 KV y crucetas metálicas con cable

de guarda, hasta el CLUSTER 4, Los postes de 16 metros se ubicaran donde se requiera para cruzar líneas existente

y por situaciones especiales

Se recurre a postes reforzados de 1050 Kg en los ángulos grandes que impongan esfuerzos mayores sobre los

postes y en la parte final de la línea.

1.6 NORMAS

Este diseño se rige por las NORMAS IPSE, PARA CALCULO Y DISEÑO DE SISTEMAS DE DISTRIBUCION y por

el CODIGO ELECTRICO NACIONAL, Norma 2050, siguiendo las recomendaciones de RETIE.


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2 TOPOGRAFÍA

2.1 SELECCIÓN DE LA RUTA

El corredor de la línea, fue definido mediante investigación por funcionarios de ECOPETROL. Sobre la ruta

seleccionada se elaboró el levantamiento topográfico, de acuerdo con los permisos de paso de los propietarios de los

terrenos.

2.2 SISTEMA DE LEVANTAMIENTO

El levantamiento topográfico, en el que se utilizó el sistema de medición Taquimétrica de distancia.


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3 TOPOLOGÍA DEL SISTEMA

3.1 CONFIGURACIÓN DE LA LÍNEA

A lo largo de los 2444 metros que tendrá de longitud la línea se usarán estructuras para circuito sencillo.

Las estructuras utilizadas en el diseño son las siguientes: S-125 de suspensión para alineamiento; R-121, R-121,

550 y 560 de retención.

Poste de concreto de 14 metros con carga de rotura de 750 Kg con empotramiento de 2 metros en ubicaciones

normales y poste de concreto de 16 metros con carga de rotura de 750 Kg con empotramiento de 2.20 metros para

sobrepasar líneas de 13.2KV.

Las redes se construirán en Circuito Trifásico, en disposición Triangular, conductor ACSR No 4/0 AWG, cuyas

longitudes se especifican en planos.


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4 DISEÑO ELECTRICO

4.1 SELECCIÓN DEL CONDUCTOR

El conductor fué seleccionado previamente por ECOPETROL según consideraciones globales de regulación de

tensión, capacidad de carga y coordinación. El conductor predeterminado es el ACSR No. 4/0.

Las principales características del conductor seleccionado son:

DESIGNACIÓN CARACTERISTICAS

Calibre ACSR 4/0 AWG

Hilos de Acero 1

Hilos Aluminio 6

Diámetro Hilos Aluminio 4,7701 mm

Diámetro Hilos Acero 4,7701 mm

Diámetro Exterior 14.30 mm

Área Sección de cada Hilo de Aluminio 17,87 mm2

Área Total 125,0961 mm2

Radio Medio Geométrico 2,48107 mm

Carga de Rotura 3819,2 Kg

Peso del Cable 433,2 Kg/Km

Capacidad de Corriente 360 A

Resistencia C.A. 50º C 60 Hz 0,354 / Km

4.4 BLINDAJE DE LA LÍNEA

4.4.1 AISLAMIENTO

Se usa el aislamiento acostumbrado para la zona: para suspensión o retención el aislador tipo ANSI 52-3 de vidrio o

porcelana de 10 pulgadas de diámetro y para soportar los pases de conductor el aislador de pin de 34.5 KV.

Número de Aisladores para suspensión: 3

Longitud de la Cadena Suspensión: 0.6 m

Número de Aisladores para retensión: 4

Longitud de la Cadena Retención: 0.8 m


z<c. --

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4.4.2 APANTALLAMIENTO

En todo el recorrido se emplea un cable de guarda de Alumoweld 3 No. 8 cuyas características son las siguientes:

Alumoweld® Strand ASTM B-416

Calibre AWG

Diametro de cada Hilo

Diámetro Nominal del

CableCarga de Ruptura

Peso Ohm/Km Area de la Sección Transversal

mm mm Kg Kg /KM @20oC mm2 3 No. 8 3,264 7.03 3269 166,7 34,06 25.10


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5 DISEÑO MECÁNICO

5.1 DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD

La distancia mínima de seguridad al terreno de 5.6 mts según recomendaciones del RETIE.

Distancia vertical

entre conductores (m)

Distancia de conductores

al terreno (m)

Distancia de

conductores a masa (m)

Distancia cruce de líneas (m)

13.2 KV Comunicacione

s0.95 5.6 0.43 1.2 1.8

5.2 SELECCIÓN DE LA PLANTILLA

La plantilla se calculó a partir de las características mecánicas del conductor y de las condiciones ambientales de la

zona. Se calculó el vano regulador, con los parámetros de temperatura máxima, sin viento y un factor de seguridad

de 5 para la tensión del conductor.

DATOS DEL CONDUCTOR

CARACTERISTICAS DEL CONDUCTOR CONDICIONES AMBIENTALES

Tipo ACSR Temperatura mínima 15 C

Calibre 4/0 Temperatura media 30 C

Sección 17,87 mm2 Temperatura máxima 40 C

Diámetro exterior 14.30 mm Velocidad del viento 100 Km/h

Peso 433,2 Kg/Km

Tensión de Rotura 3819,2 Kg

Módulo Elasticidad 9000 Kg / mm2

Coefíc- Dilatación 1.9167 x 10 -5 /º C

Factor de Seguridad 5

5.3 PLANTILLADO. CUADRO GENERAL DE VANOS

Con la plantilla de parámetro seleccionado, se realizó la ubicación de apoyos dentro del perfil topográfico y se

obtuvo un vano regulador inicial.

5.4 CÁLCULO DEL VANO REGULADOR


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LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4 El vano regulador es un vano hipotético que permite obtener la tensión promedio en los vanos de un tramo de

línea. Su propósito es determinar la longitud de vano representativa para obtener las tensiones a diferentes

temperaturas y preparar las tablas de tendido y el vano regulador con las siguientes fórmula:

a i : iésimo vano individual

Una vez identificado el tipo de estructura a usar (retención ó suspensión), se procedió a enumerar los tramos

existentes, y se calculó el vano regulador.

5.5 CÁLCULO DE TENSIONES Y PARÁMETROS

5.5.1 PLANTILLA

Es un elemento de diseño que permite localizar los apoyos sobre el perfil del terreno. Consiste en graficar sobre un

papel transparente, acetato o acrílico curvas que representan la forma tomada por un conductor (catenaria)

realizadas a una escala vertical y horizontal correspondientes a las del dibujo del perfil topográfico del terreno.

y = h * cosh ( x / h)

y : Ordenada de cualquier punto de la curva

x : Abscisa de cualquier punto de la curva

h : Parámetro en metros ; h = t / p

t : Tensión horizontal a que está sometido el cable

p : Peso propio del cable

Para vanos inferiores a 600 metros, se aproxima a una curva parabólica con la siguiente fórmula:

Curvas Que Conforman La Plantilla

La Curva Del Conductor, se grafica reemplazando en la ecuación de la catenaria el valor del parámetro escogido.

La Curva de Distancia Mínima a Tierra se obtiene desplazando hacia abajo, sobre el eje vertical, la curva de

temperatura máxima, una distancia igual a la distancia mínima del conductor a tierra.

La Curva de Pie de Apoyo se obtiene de la misma forma que la curva de distancia mínima a tierra, pero esta vez

desplazando la curva de la temperatura máxima una distancia igual a la altura respecto a tierra del punto de

amarre del conductor mas bajo. La altura del conductor al pie de poste de 14 m es de 9.9 m en estructuras de

suspensión tipo S-125. Esta altura se incrementa a 12.3 m en postes de 16 m. Para estructuras de retención dicha


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LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4 altura se eleva en 0.6 correspondiente a la cadena de suspensión que no descuelga. En el trayecto, se uso la

plantilla con las dos curvas correspondientes a postes de 14 y 16 m.

5.5.2 CALCULOS DE LA CURVA DEL CONDUCTOR

HIPOTESIS PARA DISEÑO MECÁNICO

En el diseño mecánico de tendido de conductores en líneas de subtransmisión sobre apoyos de concreto, se

recomienda la siguiente hipótesis:

Hipótesis A. Condición Promedio

La tensión de condición promedio de temperatura sin viento, no deberá ser mayor que un cuarto de la tensión de

rotura del conductor. Es la tensión que se debe aplicar en el tendido.

t tr/5 ; t 20% tr

donde:

t : tensión final del conductor en Kg

tr : tensión de rotura del conductor en Kg.

Hipótesis B. Condiciones Extremas

La tensión en condiciones extremas de temperatura (temperatura mínima) y viento (velocidad máxima de diseño) no

deberá ser mayor que la mitad de la tensión de rotura del conductor.

t tr / 2 : t 50% tr.

RESULTADOS

TIPO DE RESULTADO T. Mínima V = 100 Km/h Temp. Media Temp. Máxima V = 0

Tensión Conductor 1084,42 Kg 763,84 kg 553,61 Kg

% Tensión de Rotura 28,39 % 50 % 20% 14,50 % 25 %

COMPROBACIÓN Cumple para t máxima Tensión inicial de tendido Cumple para t mínima

APLICACION DE LA ECUACION DE CAMBIO DE ESTADO

El alargamiento o acortamiento del cable correspondiente a una variación de temperatura T-T1 y a una variación de

tensión t - t1 (efecto por cambio de condiciones), suponiendo que las deformaciones son elásticas y que se

pueden aplicar la Ley de Hooke esta dada por:


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LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4 llamada también ECUACIÓN DE CAMBIO DE ESTADO la cual representa la dependencia que existe entre la

temperatura, el peso y el coeficiente de tracción de una línea , siendo :

t : Tensión final del conductor en Kg.

t1 : Tensión inicial del conductor en Kg.

S : Sección del conductor en mm2

E : Módulo de elasticidad de Young del conductor en Kg / mm 2

: Coeficiente de dilatación térmica en 1 / C

T : Temperatura final en C

T1 : Temperatura inicial en C

a : Vano regulador

P : Esfuerzo del cable tendido por acción de la gravedad y el viento en Kg / m

Siendo:

Pvc = Acción del viento sobre el cable : 42 x 10 –7 dc x V 2

w : Peso del Conductor

dc: diámetro del conductor en mm

V = Velocidad del viento

DE LA PLANTILLA

Al localizar los apoyos en el perfil de la línea deben tenerse en cuenta los puntos obligados. Cuando se inicia el

plantillado se parte de un apoyo obligado a partir del cual se hace el siguiente procedimiento para determinar la

ubicación del apoyo contiguo:

Se coloca la plantilla sobre el plano de perfil, desplazándola de tal modo que su eje vertical permanezca paralelo al

eje vertical del perfil hasta lograr que la curva de distancia mínima a tierra sea tangente al terreno y la curva de

pie de apoyo corte el terreno en el sitio donde fue ubicada la estructura de inicio, cumplido esto se ubica la

siguiente estructura en donde la curva de pie de apoyo corte el terreno. Si la curva de pie de apoyo corta el

terreno en más de un sitio se escogerá aquel que de el vano de mayor longitud.

CURVA EN CALIENTE

Se determina para la máxima temperatura a que puede funcionar la línea sin viento. Se usa para localizar en el perfil

la posición más baja de los conductores y verificar las distancias mínimas a tierra, como circuitos, construcciones, la

oscilación de los aisladores y la altura de los apoyos.


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LINEA 34.5 KV POZO 5 CLUSTER 3 AL 4 CURVA EN FRIO

Esta curva se usa para la comprobación de esfuerzos de levantamiento en las estructuras para lo cual se

calcularon las tensiones a condición de temperatura mínima.

5.6 CÁLCULO DE MÁXIMA FLECHA Y DISTANCIA HORIZONTAL ENTRE CONDUCTORES

La máxima flecha posible en el conductor se obtiene de suponer que la línea se encuentra tendida condiciones de

máxima temperatura. De acuerdo con valor de flecha, se calcula la mínima distancia horizontal posible entre

conductores de fase: además teniendo en cuenta la configuración de la línea (triangular), se puede determinar la

longitud de tas crucetas a ubicar en las estructuras.

VANO MAXIMO (m) 102,5

FLECHA (m) 1,80

e e(m) 1,09

Podemos ver que con crucetas de 2 metros se cumple holgadamente con las distancias mínimas.

5.7 ESFUERZOS SOBRE LAS ESTRUCTURAS

No se consideró conveniente calcular los esfuerzos sobre los soportes, ya que los vanos resultantes son pequeños y

no aportan grandes esfuerzos.

5.8 SELECCIÓN DE ESTRUCTURAS

Con los vanos resultantes y la separación máxima de 1.09 m y como la disposición de los conductores es en

triángulo, las estructuras con crucetas de 2 metros cumplen bien su función.

5.9 TEMPLETES

Se deben instalar un templete a poste por lado, de línea y un templete para el cable de guarda por lado. En ángulos

un templete para la línea y un templete para el cable de guarda, orientado en la bisectriz del ángulo de deflexión.

El cable del templete es el normalizado de 3/8” de ACERO GALVANIZADO ESTRARESISTENTE.

5.10 VIBRACIONES

Debido a los vanos tan cortos, no habrá problema por vibraciones, por lo que no se hace necesario proteger al

conductor de los efectos de las vibraciones eólicas.

5.11 TABLAS DE TENDIDO DEL CONDUCTOR

Como la temperatura media de la zona varía entre 17 º y 32 º, se hace necesario las curvas de tendido par el

conductor ACSR 4/0 entre 15º y 40º C, para los diferentes vanos reguladores.

Ver TABLA DE TENDIDO DEL CONDUCTOR


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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA RH-230

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD

Arandela Redonda para 5/8" Und 22

Arandela de presión para 5/8" Und 22

Aislador Tipo Disco de 10 " ( ANSÍ 52-3 ) Und 24

Castillete para estructura en H 3" x 3" x 1 /4" para Retención Und 2

Cable de Cobre desnudo No. 4 Mts 15

Conectar de Ranuras paralelas AL 2/0- MCM Ünd 3

Conector bimetálico Cu - acero No. 4 AWG - 5/16 Und 1

Cruceta Metálica ( CM-17) de 2 mts ángulo 3x3x1/4 " Und 2

Cruceta Metálica ( CM-33 ) de 4 mts ángulo 3x3x1/4" Und 2

Diagonal Metálica (DR12). 1 1/2x1 1/2x3/16" Und

Espárrago de 5/8" x 10 " Und 7

Grapa de Retención tipo pistola de cuatro pernos 2/0 Ünd 3

para conductores, 2/0 AWG Und 6

Grapa de Retención tipo pistola de 2 pernos 5/16 " Und 2

Perno acero galvanizado 5/8" x 8" Und 8

Perno de ojo de 5/8" x 4" Und 2

Tuerca de ojo alargada de 5/8 " Und 8

Poste de concreto 14 mts. 750 Kg Und 2


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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA SH-225





Castillete para estructura en H 3" x 3" x 1 /4" de paso Und 1




Cruceta Metálica ( CM-33 ) de 4 mts ángulo 3x3x1/4" Und 1

Diagonal Metálica (DR12). 1 1/2x1 1/2x3/16" Und


Grapa de suspensión de dos pernos 2/0 Und 3


Grapa de suspensión de hierro galvanizado de 2 pernos 5/16 " Und 1





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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA S-125





Cruceta Bayoneta metálica de 1.7 m x 0.8 m x 2 1/2" x 2 1/2" x 1 /4" Und 1




Perno en U de 1/2” para cable de guarda Und 1

Diagonal en V para cruceta metalicas de 1.1m entre huecos 1 1/2x1 1/2x3/16" Und 1


Grapa de suspensión de dos pernos 2/0 Und 3


Grapa de suspensión de hierro galvanizado de 2 pernos 5/16 " Und 1



Perno de 1/2" x 2" Und 2

Collarín de una salida diámetro cerrado 18 cm (7”) Und 1

Eslabón en U con pasador Und 3

Eslabón sencillo de 1/2” Und 1



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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA S-121







Collarín sin salida diámetro cerrado 15 cm (6”) Und 2

Collarín sin salida diámetro cerrado 17.5 cm (7”) Und 4

Grapa de retención de dos pernos para conductores, 2/0 AWG Und 6

Grapa de retención de hierro galvanizado de 2 pernos 5/16 " Und 1


Eslabón en U con pasador Und 2


Eslabón retorcido con pasador Und 6


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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA R-131






Aislador Tipo Espigo 35 KV Und 1



Cruceta Metálica de 2 mts ángulo 3x3x1/4 " Und 2

Cruceta Metálica de 1.5 mts ángulo 3x3x1/4 " Und 2


Diagonal metalicas de 60 cm entre huecos Und 2

Espigo para cruceta metalica Und 1


Grapa de retención de dos pernos para conductores, 2/0 AWG

Und 6





Collarín de dos salidas diámetro cerrado 18 cm (7”) Und 1




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ELEMENTOS PARA ESTRUCTURA R-131 T






Aislador Tipo Espigo 35 KV Und 1



Cruceta Metálica de 2 mts ángulo 3x3x1/4 " Und 2

Cruceta Metálica de 1.5 mts ángulo 3x3x1/4 " Und 2


Diagonal metalicas de 60 cm entre huecos Und 2

Espigo para cruceta metalica Und 1


Grapa de retención de dos pernos para conductores, 2/0 AWG

Und 6




Collarín de dos salidas diámetro cerrado 18 cm (7”) Und 1




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ELEMENTOS PARA TEMPLETE DE LINEA


Arandela Cuadra de 2” para 5/8" Und 1

Aislador Tensor 5 1/2” Und 1

Cable de Acero extra-resistente 5/16” Mts 20

Grapa prensora de hierro galvanizado de 3 pernos 5/8 " Und 4

Guardacabos de hierro galvanizado de 5/16 " Und 1

Varilla de anclaje galvanizada de 5/8” x 2 m Und 1

Vigueta de concreto para media tension Und 1

ELEMENTOS PARA CABLE DE GUARDA


Arandela Cuadra de 2” para 5/8" Und 1

Cable de Acero extra-resistente 5/16” Mts 22

Grapa prensora de hierro galvanizado de 3 pernos 5/8 " Und 4

Guardacabos de hierro galvanizado de 5/16 " Und 1

Varilla de anclaje galvanizada de 5/8” x 2 m Und 1

Vigueta de concreto para media tensión Und 1


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