02 Conferencia Abb 2015 Final
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Tipos de transformadorey sus aplicacionesGuatemala, 22 de octubre de 2015
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TransformadoresTipos y sus Aplicaciones
Septiembre 2015
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Los transformadores son dispositivos eléctricos estáticos quela energía de un circuito a otro por medio de un campo elect
Transformador
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Aplicaciones
Sistemas de Potencia Generación, transmisión, distribución
Sistemas Industriales
Transporte Petróleo y gas
Bebidas y alimentos
Metalúrgica
Minería y otras industrias
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Propósito de la transmisión
Enviar los KVA de las plantas de generación enforma económica
Menores pérdidas de potencia
Pérdidas = I2R
Uso de la alta tensión para reducir la corriente
(amperios)
ie 100 kVA
( 10kV volt x 10 amps)
or (100 volts x 1000 amp)
U l j i t d t t “ ó i
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Propósito del sistema de distribu
Distribuir la potencia desde el sistema de transmisi
al sitio de ubicación de las cargas
Cargas residenciales, comerciales e industriales
Bajas pérdidas son importantes, el sistema debe seeficiente.
Se usan “ sistemas mas pequeños de transporte”
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Clasificados por aplicación y tamaNorma ANSI
Terminología de transformadores de distribución ypotencia – C57.12.80
Norma general para transformadores inmersos en
aceite de distribución, potencia y regulación –
C57.12.00
Pruebas transformadores en aceite – C57.12.90
Transformadores de 230kV y menores hasta 100
MVA – C57.12.10
Transformadores de pequeña potencia 750kVA a
20MVA, tipo subestación, Padmounted, Network
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Clasificados por aplicación y tamaNorma ANSI
Transformadores para distribución subterránea tiPadmounted, sumergibles y secos C57.12.22 Padmounted trifásicos, compartimentados 2500kV
menores, HV 34.5GRDY/19.9kV, LV 480V y menores
C57.12.26 igual a C57.12.22 pero para usar con conectoresseparables en alta tensión.
C57.12.23 Sumergibles monofásicos para conector separablalta, HV 24.9GRDY/14.4kV hasta 167kVA, con LV 240/120V
C57.12.24 Sumergibles trifásicos para conector separable enHV 34.5GRDY/19.9kV hasta 2500kVA con LV 480V y menore
C57.12.01 requisitos generales para transformadores secos distribución y potencia. Otras normas asociadas C57.12.91 –pruebas, C57.12.94 aplicación, mantenimiento instalación .
Transformadores reguladores - C57.15T f d d did d i
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Condiciones normales de Servic
Temperatura máxima 40ºC
Temperatura promedio no mayor de 30ºC en un período
de 24 horas
Temperatura mínima no menor de -20ºC
Altura de 1000 metros sobre el nivel del mar
Onda de voltaje sinusoidal
Factor de armónicos menor de 0.05 por unidad
Voltaje secundario y voltios por Hertz no mayores de
105% del valor nominal.
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Comentario General
Las normas ANSI no especifican tipo de material ni del núcl
ni de los conductores, ni del tanque, ni de los aisladores,
especifica parámetros físicos que se deben cumplir, como
presión, temperatura, voltaje, etc.
Las normas ANSI no especifican valores máximos de pérd
especifican tolerancias sobre los valores ofrecidos –
El DOE define la Eficiencia mínima
Las normas ANSI no especifican valores de impedancia,
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Donde usamos transformadore
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Tensiones típicas del sistema
G Transmisión Distribución
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Transformador elevador
La tensión primaria e
que la tensión secu
Usado en subestacio
las plantas de gene
La corriente primariamayor que la corrie
secundario
Transformador muy f
debe soportar variad f i
100
MVA
23 KV
~ 4350 amps
230 KV
~ 435 amps
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Transformador Reductor
Usado para transferir psistema de transmisió
sistema de subtransm
distribución
La tensión primaria es m
la tensión secundaria
La corriente primaria es
que la corriente del se
No se consideran varia
frecuencia.
50 MVA
230 KV
~ 217 amps
69 KV
~ 724 amps
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Sistemas de distribución, Aéreo, Subter
Sistemas Primarios Delta (Sin aterrizar)
3 hilos estrella (aterrizado en un solo punto)
4 hilos estrella multi-aterrizado
Tensión primaria Tensión de 2.3kV a 34.5 kV
Sistemas secundarios Trifásicos, 4 hilos (208Y/120 V o 480Y/277 V o
400/231V)
Trifásicos delta, 3 hilos (sin aterrizar)
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Distribución monofásica
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Distribución Trifásica
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Clasificados por el aislamient
Transformadores aislados con aceitmineral
Transformadores aislados con aceit
vegetal
Transformadores aislados con
líquidos especiales, ejemplo silicon
Transformadores secos, devanado
abierto
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Tanque Acero dulce
Acero Inoxidable Aluminio
La selección del material
depende del sitio de aplicación
Sitios de alta corrosión utilizan
tanques de acero inoxidable
En transformadores pedestal la
base del tanque se puede haceren Acero inoxidable
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Opciones de aislantes líquidos para lostransformadores
Aceite Mineral
Fluidos Menos Inflamables
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Aceite Mineral
Ventajas
Destacadas propiedades Térmicas / Dieléctricas
Costo de compra mas bajo
Dimensiones mas pequeñas
Perdidas mas bajas por dólar comprado.
No afectado por el medio ambiente
Desventajas
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Silicona liquida
Ventajas
Punto de encendido mas alto que el aceite.
Propiedades Dieléctricas similares al aceite
No afectado por el medio ambiente
Desventajas
Costo mas alto
Goteo
Quema con alto punto de encendido
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BIOTEMP®
Ventajas
Amigable con el medio ambiente.
Alto punto de encendido y de llama.
Excelente fluido para rellenado
Excelente Comportamiento Dieléctrico
Tolerancia mas alta a la humedad.
Reducida producción de gases
Recurso Renovable
Desventajas
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BIOTEMP® Biodegradabilidad
97%
30%
20%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
% Biodegradabilidad21 Días de Prueba
(CEC L-33-A-94)
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Propiedades Típicas de fluidos aislantes
Propiedad Aceite Mineral Silicone BIOTE
Flash Point 0C 145 300 343
Punto de encendido
Fire Point 0C 160 330 360
Punto de llamaViscosity (cSt.)1000 C 3 16 10
Viscosidad 400 C 12 38 45
00 C 76 90 300
Pour Point 0C -40 -55 -15 to
Punto de fluidez
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Propiedades de los aceites
Propiedad Aceite Mineral Alta Temp. Sil icona Aceite VegGravedad Especfica 0.91 0.87 0.96 0.91Punto de llama 0C 145 285 300 343Punto de Fuego 0C 160 308 330 360Viscos idad (cSt.) 1000 C 3 11.5 16 10
400 C 12 110 38 45
00 C 76 2200 90 300Punto de fluidez 0C -40 -24 -55 -15 to –Resistencia dieléctrica, kV 30 40 43 49Factor de disipación (%) 250 C 0.05 0.01 0.01 0.025 toInhibidor de Oxidación Optional Desirable No RequireBiodegradabilidadd
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Componentes del Transformador
Núcleo
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Material del Núcleo
Acero de grano orientado (Aceromagnético)
Material amorfo
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Las funciones del Núcleo
Ser el medio conductor para el flujo magnético
Servir como esqueleto para la resistencia mecánica d
la Parte Activa
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Features
De Aire
Apilado 1F
Acorazado
Apilado 1F
Columnas
Apilado 3F 3P
tipo columnas Apilado 3F 4P
Columnas Apilado 3f acorazado
Enrrollado 1F
acorazado
Enrrollado 1F
tipo columnas
Enrrollado 3F
tipo columnasEnrrollado 3F
Acorazado 5P
Tipo: Apilado, Enrollado
Piernas 0,1,2,3,4,5
Núcleo
Núcleo Apilado
Tipos de Núcleo
Nú l A d (Sh ll t
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Núcleo Acorazado (Shell type
Construcción Tipo Acorazad
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Construcción Tipo Acorazad
2 núcleos
1 bobin
Fabricación del núcleo enrrollad
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Fabricación del núcleo enrrollad
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Como se ensambla el transforma
El gap es distribuido en el (traslapado) núuniones cortas
Las uniones se abren se inserta la bobinanúcleo y el núcleo es cerrado en las union
Núcleoterminado Abrir
Insertar labobina en
el núcleoCerrar
Ti C l (C t )
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EL NÚCLEOCOLUMNA TIENEVARIAS VENTAJASSOBRE ELNÚCLEO
ACORAZADO :
>MENOR PESO YMENOR VOLUMEN.
>MAYORFACILIDAD DE
MONTAJE NUCLEOY PARTE ACTIVA.
>PARA NÚCLEOSGRANDES ELDISEÑO PUEDESER DIFERENTE,PERO ELCONCEPTOBÁSICO DE LOSCOMPONENTESCONTINUA SIENDOEL MISMO.
Tipo Columnas (Core type)
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Fabricación del núcleo apilado en p
Curvas de inducción
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0. 0
0. 1
0. 2
0. 3
0. 4
0. 5
0. 6
0. 7
0. 8
0. 9
1. 0
W a t t s / l b
Curvas de Armco14 mi l
11 mi l
9 mi l
7 mi l
Curvas de inducción
Comparación de pérdidas
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Comparación de pérdidas
Monofásico
Trifásico
Componentes del transformador
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Componentes del transformador
Núcleo
Arrollam
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Clasificados por los devanado
Monofásicos
Trifásicos
Autotransformadores monofásicos
Autotransformadores trifásicos
Transformadores de tres o mas devanados
Material de los devanados
Cobre
Aluminio
Devanados transformador de distribuc
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pequeña potencia
Secundario
Secundario se hace con
lámina
Primario
Primario se hace con alam
Bobinas tipo capa
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1
Bobinas tipo - capa
Bobinas Tipo Hélice o helico
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Bobinas Tipo – Hélice o helico
Bobinas Tipo Disco ordinar
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Bobinas Tipo – Disco ordinar
M t i l d l d d
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Material del devanado
Propiedad Aluminio C
Conductividad Eléctrica a 20 °C 61%
Peso en libras por pulgada cúbica a 20°C
0.0975
Calor específico .226
Punto de fundición 660
Conductividad térmica a 20 CCal/cm2 /cm/sec/ C
.57
Resistencia a la tensión mecanica 12
Comparación del cobre y el alum
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Comparación del cobre y el alum
Ambos son aceptados por las normas IEEE-ANSI
Reconocer las diferencias
Máxima temperatura de corto circuito
Cobre = 250 °C
Aluminio = 200 °C
Basado sobre Generación de gas del aceite y el aislamiento
Endurecimiento del conductor
Vida del aislamiento
Las reglas del diseño deben reconocer las diferencias
Comparación del cobre y el alumin
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p y
Que decide la selección del conductor?
Preferencia del cliente
Economía
Mas bajo costo Consideraciones del diseño
Aplicación
Pérdidas
Espacio
Transformador trifásico Pequeña Po
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Transformador trifásico Pequeña Po
tipo núcleo bobina circular tipo núcleo bobina rec
Conexiones transformadores de distribu
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Conexiones transformadores de distribu
SecundarioMonofásico Usado en zona
120/240V y rural
240/480
Trifásico Zona residencia
120/240 V cargas grandesDelta abierta servicio trifásico
en zona comer
ligera
Trifásico Zona comercia
Conexiones de transformadores trif
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Conexiones de transformadores trif
C f f
-
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Conexiones de transformadores trif
Transformador para distribución aé
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Transformador para distribución aé
Monofásico Auto protegido Monofásico Standard Trifásico Stan
Transformador Auto-protegido
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g
Protección total
Se Suministra con:
Pararrayos en la A.T
Fusible en la A. T.
Interruptor en la B. T
Luz de Señalización
La coordinación de la Pr
es responsabilidad del F
Filosofía de la protección CSP
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Filosofía de la protección CSP
El transformador de distribución debe estar prote
contra fallas y sobrecargas que disminuyen su v El sistema eléctrico debe estar protegido contra
transformadores con fallas, de tal manera que la
solo afecten al transformador y no al resto del sis
No es económico operar un transformador de disque esté sobrecargado
La protección contra descargas atmosféricas es
efectiva cuando el pararrayos se coloca directam
sobre el tanque
Distribución Subterránea
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Consideraciones:
Densidad de carga
Disponibilidad y colíneas aéreas.
Obstrucciones físic
distancias mínimas Diseño mecánico.
Estética, urbanism
Leyes y regulacion
Costos de construc
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Los sistemas DSson menos
susceptibles a
agentes externos.
Topología y configuració
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Transformadores para Distribu
Subterránea
Pedestal
M
onT r i
Sumergible
M
onT r i
Secos
T r i
T f d P d t l
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Transformadores PedestalMonofásico
Transformador Pedestal Trifásicotipo radial
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tipo radial
Lado de alta tensión Baja tensión
3 boquillas porque es radial
Fusible bayoneta
Transformador pedestal tipo lazo
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Alt T ió B j T ió
Fusible bayoneta
6 boquillas
Sistema tipo lazo
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Interruptor
o portafusible
Fusible
Co
LB
Alimentador
Transformadores de pedestal
línea aérea
Cable subterráneo
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Transformador Sumergible Monofás
-
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Transformador Sumergible Trifásico
-
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Transformadores Secos Bobinas Molde
-
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Transformadores secosbobinas impregnadas con esmalte
-
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bobinas impregnadas con esmalte
Transformador Seco con gabinete
-
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Tipo Network red en malla)
-
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Subestación tipo industrial
-
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Transformador tipo Subestación
-
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- 750-20,000 kVA
- 69 kV Primario- 34.5 kV Secundario
- LTC opcional
AT/BT montado en cubierta
Una fase o tres fases
Transformador tipo subestación prim
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- 750 - 20000 kVA
- 69 kV Primario
- 34.5 V Secundario
- LTC opcional
- AT montados en cubierta.
- BT montados en costado.
- Cámara de aire para cables, gargantapara ducto de barras
Transformador tipo subestación secunda
-
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- 112.5 - 2500 kVA
- 15 kV Primario
- 1000 V Secundario
- AT montados en costado.
- BT montados en costado.
- Camara de aire para cables,
garganta para ducto de
barras
Sistema de preservación del ace
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Tanque sellado
I t i
Con cambiador de tomas bajo car
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Cajas terminales
-
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Relación de Vueltas
-
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N1/ N2 = V1 /V2
V1V2
Transformador con carga
-
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I1
V1 V2
Núcleo
Devanados
Corriente sin carga
-
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I1
V1 V2
Ecuaciones básicas del diseñ
-
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N1/ N2 = V1 /V2
V1 x I1 = V2 x I2
V1V2
I1
I2
Pérdidas en los transformadores
-
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Pérdidas en el hierro= Pérdidas sin carga = NL
Pérdidas con carga
I²R = Pérdidas en Corriente continua
Pérdidas por dispersión - Pérdidas de AC
Corriente de Eddy en las bobinas
Otras pérdidas dispersas
Estructura
Acoples de las boquillas
Eficiencia del transformadoI
-
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% Eficiencia = L. kVA . cos . 105
L . kVA . cos . 103 + Fe + L2 . (Cu)
X R
V
I
CargCos
Carga de L kVA
L = Carga en p.u.
= Angulo de factor de potencia de la carga
Liquid-Immersed Distr ibution Transformers EfficieBefore 2016 On and afte
-
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Before 2016 On and afte
Single-phase Three-phase
kVA (%) kVA (%)
10 98.62 15 98.36
15 98.76 30 98.62
25 98.91 45 98.76
37.5 99.01 75 98.91
50 99.08 112.5 99.01
75 99.17 150 99.08
100 99.23 225 99.17
167 99.25 300 99.23
250 99.32 500 99.25
333 99.36 750 99.32
Single-phase Three
kVAEfficiency
(%) kVA
10 98.70 15
15 98.82 30
25 98.95 45
37.5 99.05 75
50 99.11 112.5
75 99.19 150
100 99.25 225
167 99.33 300
250 99.39 500
333 99.43 750
500 99.49 1000
Límites en la carga de transformadores en a
-
8/17/2019 02 Conferencia Abb 2015 Final
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Normas ANSI - 65°C es el incremento continuo promedio
arrollamientos
Pérdida de vida del aislamiento
Temperatura del aceite (120°C)
Temperatura de los componentes (135-140°C)
Temperatura del conductor (200°C-Al, 250°C-Cu)
Factores económicos o térmicos que limitan el pico o promed
en kVA que pueden ser suministrados por un transformador
Cambiadores de tomas
-
8/17/2019 02 Conferencia Abb 2015 Final
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Monofásico = un grupo Trifásico = tres grupos
Manilla como puntero
Uso de reguladores en subestacio
-
8/17/2019 02 Conferencia Abb 2015 Final
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Tipos de transformadorey sus aplicacionesGuatemala, 22 de octubre de 2015