CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

JUSTIFICACIÓN

Las tecnologías para el aire comprimido son consideradas uno de los

principales elementos de la ingeniería, por que a medida que pasa el tiempo la

tecnología evoluciona de manera sorprendente. Dentro del universo de las

definiciones que favorecen a los individuos, la medición ocupa una posición

importante, y entre las más frecuentes se encuentran diversas normas pero

todos cumpliendo la misma función, y las que acreditan laboratorios de

sistemas de compresión.

Además de la alta demanda de empresas y laboratorios que se utilizan en

las grandes industrias, los compresores constituye una entidad que mantiene,

progresivamente mayor, una alta perspectiva, y a pesar de que todo lo que

vemos y hacemos pasa desapercibido para la mayoría de las personas a

algunas que son de ciencia les interesa saber el por qué de las cosas.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Que se aprendan cueles son las características, su definición y diversos

tipos de compresores que son utilizadas por las áreas de Mecatrónica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Comprender la importancia de identificar las características generales

las tecnologías de compresión.

Conocer cuáles son y cuál es su funcionamiento de dichas tecnologías

de aire comprimido y cuáles son las aplicaciones.

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CAPITULO II

ANTECEDENTE HISTÓRICO

Compresores de aire antiguos Los herreros antiguos solían gritar y rugir para

intensificar su fuego y de esta forma facilitaban forjar el hierro, y aunque no se

consideren el primer antecedente a los compresores de aire actuales, sí lo

fueron. Los gritos y rugidos inhalaban aire en su expansión, luego se exhala

mediante una pequeña apertura al final, logrando controlar la cantidad de aire a

una locación específica. Durante el siglo diecisiete, el ingeniero físico alemán

Otto von Guericke experimentó y mejoró los compresores de aire. En 1650,

Guericke inventó la primera bomba de aire, la cual podía producir un vacío

parcial y él mismo uso esto para estudiar el fenómeno del vacío y el papel del

aire en la combustión y la respiración. En 1829, la primera fase o componente

del compresor de aire fue patentada. Dicho componente comprimía aire en

cilindros sucesivos. Para 1872, la eficiencia del compresor fue mejorada

mediante el enfriamiento de los cilindros por motores de agua, que causó a su

vez la invención de cilindros de agua. Uno de los primeros usos modernos de

los compresores de aire fue gracias a los clavadistas de mares profundos,

quienes necesitaban un suministro de la superficie para sobrevivir. Análisis de

clavadistas que emplean compresores de aire tuvieron lugar en 1943. Los

primeros mineros emplearon motores de vapor para producir suficiente presión

para operar sus taladros, incluso cuando dicho dispositivos probaban ser

extremadamente peligrosos para los mineros. Con la invención del motor de

combustión interna, se creó un diseño totalmente nuevo para los compresores

de aire. En 1960 los lava-autos de auto-servicios, alta-presión y “hazlo tú

mismo” se hicieron populares gracias a los compresores de aire. Actualmente,

ya seas un mecánico que disfruta de realizar por sí mismo las reparaciones de

automóviles o simplemente eliges tener un compresor de aire en casa para

llenar las llantas de las bicicletas, el compresor de aire se ha convertido en una

pieza rentable para equipo de cochera. Los compresores de aire se pueden

conseguir en su presentación eléctrica o de gasolina, siendo más accesibles

para consumidores hogareños. Un émbolo bombea aire comprimido dentro de

un tanque a cierta presión, donde se mantiene hasta que es requerido para

ciertas acciones tales como hinchar llantas o apoyar el empleo de herramientas

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neumáticas. La mayoría de las compañías constructoras utilizan los

compresores de aire potenciados por gasolina, los cuales son transportados en

vagonetas.

DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

COMPRESORES

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la

presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo

son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de

energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el

compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en

energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a

diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas

térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio

apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia

de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles,

pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

TIPOS DE COMPRESORES

Clasificación según el método de intercambio de energía: Hay diferentes tipos

de compresores de aire, pero todos realizan el mismo trabajo: toman aire de la

atmósfera, lo comprimen para realizar un trabajo y lo regresa para ser

reutilizado.

El compresor de émbolo: Es un compresor de aire simple. . Un mango

impulsado por un motor eléctrico es rotado para levantar y bajar el émbolo

dentro de una cámara. En cada movimiento hacia abajo del émbolo, el aire es

introducido a la cámara mediante una válvula. En cada movimiento hacia arriba

del émbolo, se comprime el aire y otra válvula es abierta para comprimir dichas

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moléculas de aire; durante este movimiento la primera válvula mencionada se

cierra. El aire comprimido es guiado a un tanque de reserva. Este tanque

permite el transporte del aire mediante distintas mangueras en el compresor.

La mayoría de los compresores de aire de uso doméstico son de este tipo.

El compresor de tornillo: Aún más simple que el compresor de émbolo, el

compresor de tornillo también es impulsado por motores eléctricos. La

diferencia principal radica es que el compresor de tornillo utiliza dos tornillos

largos para comprimir el aire dentro de una cámara larga. Para evitar el daño

de los mismos tornillos, aceite es insertado para mantener todo el sistema

lubricado. El aceite es mezclado con el aire en la entrada de la cámara y es

transportado al espacio entre los dos tornillos rotadores. Al salir de la cámara,

el aire y el aceite pasan a través de un largo separador de aceite donde el aire

ya pasa listo a través de un pequeño orificio filtrador. El aceite es enfriado y

reusado mientras que el aire va al tanque de reserva para ser utilizado para un

trabajo.

Sistema Pendular Taurozzi

Reciprocantes o Alternativos: utilizan pistones (sistema bloque-cilindro-émbolo

como los motores de combustión interna). Abren y cierran válvulas que con el

movimiento del pistón aspira/comprime el gas. Es el compresor más utilizado

en potencias pequeñas. Pueden ser del tipo herméticos, semi-hermeticos o

abiertos. Los de uso domestico son herméticos, y no pueden ser intervenidos

para repararlos. Los de mayor capacidad son semi-hermeticos o abiertos, que

se pueden desarmar y reparar.

Rotodinámicos o Turbomáquinas: Utilizan un rodete con palas o álabes para

impulsar y comprimir al fluido de trabajo. A su vez éstos se clasifican en:

+ Axiales

+ Radiales

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Funcionamiento de un compresor axial.

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión

del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se

alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni

proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores.

El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a

través de tuberías.

FUNCIONAMIENTO DE COMPRESORES AXIALES Y

MIXTOS

Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor)

a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad

de movimiento por acción de la máquina, dándose así una transferencia de

energía entre la máquina y el fluido, la cual puede ser en sentido máquina-

fluido o fluido-máquina.

Las turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en el hecho de

que funcionan de manera continua y no discreta, como es el caso de los

compresores de émbolo, las bombas de vapor a pistón o los populares motores

de pistón, las cuales son máquinas de desplazamiento volumétrico o positivo. A

semejanza de otras máquinas térmicas, son transformadoras de energía, lo

cual es una característica fundamental, entregándole energía mecánica al

fluido de trabajo convirtiéndola en presión (energía potencial), energía térmica

o energía cinética del fluido, pudiendo ser este intercambio en sentido

contrario.

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Bajo muchas formas las turbomáquinas están presentes en nuestra vida

cotidiana, desde los sencillos ventiladores y las bombas centrífugas que son de

uso común, hasta las grandes turbinas hidráulicas de las centrales

hidroeléctricas y las turbinas de vapor o a gas de las centrales térmicas son

turbomáquinas. Es importante destacar que las turbomáquinas son

fundamentales en la conversión electromecánica de energía, es decir, la

generación eléctrica. Es este hecho el cual convierte a las turbomáquinas en un

objeto de gran importancia dentro de la ingeniería mecánica, la cual dedica

mucho a su estudio y proyección, e igualmente, pero en menor medida, la

ingeniería civil.

Esquema de un "turbofán", un motor que combina diversos tipos de turbomáquinas térmicas.

La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado del

mismo, debido a razones tales como:

A) Caída de presión en la succión.

B) Calentamiento del aire de entrada.

C) Expansión del gas retenido en el volumen muerto.

D) Fugas internas y externas.

Una vez que se ha puesto a funcionar el compresor, hay que seguir un estricto

programa de mantenimiento preventivo. Los representantes técnicos, de los

fabricantes, especializados en reacondicionar compresores, muchas veces

entrenan el personal de la planta en los métodos de mantenimiento. Una

importante ayuda para el mantenimiento, a lo cual no siempre se presta mucha

atención, son los manuales de operación y mantenimiento que publica el

fabricante.

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Durante el funcionamiento normal hay que vigilar lo siguiente: flujo de agua de

enfriamiento, nivel, presión y temperatura del aceite, funcionamiento de los

controles y presión del control, presiones y temperaturas de succión y

descarga, ruidos anormales y carga y temperatura del motor.

Es indispensable un registro diario del funcionamiento del compresor, en

especial de los de etapas múltiples, para un mantenimiento eficiente. Se debe

registrar cuando menos lo siguiente: 1) temperatura y presiones de succión,

descarga y entre etapas 2) temperaturas del agua de las camisas de entrada,

salida y entre etapas 3) temperatura y presión de aceite para lubricar los

cojinetes 4) carga, amperaje y voltaje del motor 5) temperatura ambiente 6)

hora y fecha.

Con ese registro, el supervisor puede observar cambios en la presión o

temperatura que indican un mal funcionamiento del sistema. La corrección

rápida evitara problemas serios más tarde.

APLICACIONES EN COMPRESIÓN DE AIRE

El aire comprimido se refiere a una tecnología o aplicación técnica que hace

uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. En la

mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también se

deshumifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la

industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más

rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y

no permite fuerzas grandes.

Se utiliza en:

+ Elevadores neumáticos.

+ Destornilladores automáticos.

+ Tornos de dentista.

+ Armas de aire comprimido

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+ Equipos de minería (taladros rotopercutores, martillos picadores, lámparas,

ventiladores y muchos otros).

+ Arranque de motores de avión.

+ Coches de aire comprimido y motores de aire comprimido

+ Atracciones, para conseguir grandes velocidades en poco tiempo.

+ Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más

antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado

cuando empezaron a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus

reglas. Sólo desde aprox. 1950 se puede hablar de una verdadera aplicación

industrial de la neumática en los procesos de fabricación.

+ A pesar de que esta técnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayoría

de los casos a falta de conocimiento y de formación, fueron ampliándose los

diversos sectores de aplicación.

+ En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el

aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales más

variados se utilicen aparatos neumáticos cuya alimentación continua y

adecuada de aire garantizará el exitoso y eficiente desempeño de los procesos

involucrados en la producción.

+ El diseño y mantenimiento adecuado de redes de aire comprimido y sus

respectivos accesorios, juega un papel decisivo en los procesos productivos

involucrados cuya energía utilizada es el aire.

+ Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión

del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se

alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni

proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores.

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El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a

través de tuberías.

+ Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en

máquinas que se desplazan frecuentemente.

+ En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de

la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se

adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación,

al objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que

toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy

considerables.

+ Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire

comprimido tendrá una larga duración. También debería tenerse en cuenta la

aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

-Tipos de compresores

-Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de

suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen

dos tipos básicos de compresores:

-El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se

obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se reduce luego

el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo).

-El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es

aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la

masa (turbina).

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APLICACIONES EN AIRE ACONDICIONADO Y

REFRIGERACIÓN

La refrigeración es el proceso de conservación por tratamiento físico, que

consiste en mantener un alimento o producto en buenas condiciones de

temperatura (de -3ºC a 5ºC) para disminuir o inactivar microorganismos en

reproducción. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del

cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a

reducir la temperatura de este cuerpo.

La refrigeración, aplicación médica, industrial, y doméstica de todo tipo

depende de los sistemas de refrigeración.

Durante la década de los 90 casi todos los países firmaron y

consecuentemente ratificaron el Protocolo de Montreal de san Ignacio y sus

correcciones posteriores. Este acuerdo incluye una escala de tiempo estricto

para la desaparición de refrigerantes que ataca el ozono y requiere el uso

provisional hasta su sustitución por refrigerantes que no dañen el ozono. Este

cambio resultó en el aumento de la variedad de refrigerantes de uso común

existentes de 3 a 4 veces mayor y en la necesidad de asegurarse de que las

prácticas de los ingenieros sean muy exigentes.

La firma del Acuerdo de Kyoto hace que aumente la necesidad de las prácticas

ya que muchos de los sistemas de refrigeración y de aire acondicionado usan

una considerable cantidad de energía y por lo tanto contribuyen ya sea directa

o indirectamente al calentamiento global.

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La gama de aparatos de refrigeración para la enseñanza y software de

ordenador de la empresa ha sido diseñada para enseñar a los estudiantes los

principios básicos de la refrigeración, para así asegurarse de que la próxima

generación de ingenieros sea capaz de comprender y contribuir a los cambios

fundamentales que están ahora dándose lugar en la industria de la

refrigeración.

Entre otras formas:

-Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y emisor.

Transfiriendo el calor por convección, conducción o Radiación.

-Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en forma de

trabajo, como el ciclo de Carnot.

-Aprovechar el efecto magnetocalórico de los materiales, como en la

desimanación adiabática.

Funcionamiento de una máquina térmica de refrigeración.

Las aplicaciones de la refrigeración son entre muchas:

+La Climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la

habitabilidad de un edificio.

+La Criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas' empleada para

licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.

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+Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en

las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es

necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el

líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de

allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido

refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan

sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías

cuando se producen temperaturas bajo cero.

+Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan

incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido

refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de

la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar

rápidamente

+Refrigeración y Aire Acondicionado

+Danfoss es líder mundial en la fabricación y el suministro de Compresores

y soluciones automáticos para la Industria de Refrigeración y Aire

Acondicionado.

TERMODINAMICA: es una rama de la ciencia que trata sobre la acción

mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza,

llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra,

varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera

y la más importante de estas leyes dice: La energía no puede ser creada ni

destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro.

APLICACIONES EN MECATRÓNICA COMPRESORES

Los tres tipos de compresores

Compresor de pistón

El compresor de pistón es uno de los más antiguos diseños de compresor, pero

sigue siendo el más versátil y muy eficaz. Este tipo de compresor mueve un

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pistón hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexión y un

cigüeñal. Si sólo se usa un lado del pistón para la compresión, se describe

como una acción única. Si se utilizan ambos lados del pistón, las partes

superior e inferior, es de doble acción.

Tipos típicos de aplicaciones: Compresión de gas (CNG, nitrógeno, gas inerte,

gas de vertederos), alta presión (aire respirable para cilindros de buceo,

prospecciones sísmicas, circuitos de inyección de aire), embotellado P.E.T,

arranque de motores,

Tornillo rotativo

El compresor de tornillo es un compresor de desplazamiento con pistones en

un formato de tornillo; este es el tipo de compresor predominante en uso en la

actualidad. Las piezas principales del elemento de compresión de tornillo

comprenden rotores machos y hembras que se mueven unos hacia otros

mientras se reduce el volumen entre ellos y el alojamiento. La relación de

presión de un tornillo depende de la longitud y perfil de dicho tornillo y de la

forma del puerto de descarga.

El tornillo no está equipado con ninguna válvula y no existen fuerzas mecánicas

para crear ningún desequilibrio. Por tanto, puede trabajar a altas velocidades

de eje y combinar un gran caudal con unas dimensiones exteriores reducidas

Tipos típicos de aplicaciones: alimentación y bebidas, militar, aeroespacial,

automoción, industrial, electrónica, fabricación, petroquímica, médica,

hospitalaria, farmacéutica, aire de instrumentos

Paletas rotativas

El compresor de paletas, basado en una tecnología tradicional y

experimentada, se mueve a una velocidad muy baja (1450 rpm), lo que le

otorga una fiabilidad sin precedentes. El rotor, la única pieza en movimiento

constante, dispone de una serie de ranuras con paletas deslizantes que se

desplazan sobre una capa de aceite.

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Aplicaciones típicas: OEM, impresión, neumática, laboratorios, odontología,

instrumentos, máquinas herramienta, envasado, robótica. Compresores de

Funcionamiento silencioso con múltiples prestaciones para usos diversos

desde su utilización como sopladores para electrónica a informática como para

otras aplicaciones. Nuestros compresores no superan los 40 dB de sonoridad

(sonido de nevera) y tienen aplicaciones en laboratorios diversos, estudios, en

modelismo, aerografía, talleres odontología, sanitario, podología, etc. y la

mayoría de ellos pueden por sus medidas y peso ser utilizados como

herramienta de sobre mesa

APLICACIONES:

.Máquinas de embalado

• Aplicaciones en las máquinas de Imprenta

• Embalado de productos alimenticios

• Secado / manipulación de productos

Procesado de alimentos

• Máquina de lavado de botellas

• Procesado de carnes

Equipamientos médicos

• Sillones dentales

Instalaciones Industriales

• Máquinas de secado

• Limpieza por vacío centralizado

Industrias de servicios.

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CAPITULO III

RESULTADOS

CONCLUSIÓN

Este escrito fue hecho con la finalidad de saber todo con respecto a los

antecedentes que tenga que ver con compresores que existen en la carrera de

Mecatrónica, ya que se hizo una investigación previa para tratar de de cubrir

todos los aspectos que se pretenden explicar. El modelo se adapta a los

compresores. El mismo considera de manera integral y sistémica los diversos

aspectos internos automatizados que forman parte del proceso de innovación

tecnológica, desde la perspectiva de un cuadro de mando integral, y constituye

una herramienta útil de soporte de las decisiones gerenciales para el desarrollo

de una estrategia orientada dicho proceso. El modelo contribuye en la

generación de conocimiento en esta área y realiza un aporte social importante

en el sentido de que sirve para la mejora de las capacidades de innovación en

las tecnologías, las cuales representan un gran conglomerado de empresas, lo

cual las fortalece para sobrevivir en la reñida competencia que les toca

enfrentar.

Además de sus características propias y la diferencia entre los diversos

tipos de tendencias que siguen para la acreditación ya que cuando hablamos

de tecnología nos referimos a la ciencia o el estudio que busca siempre innovar

en diversas áreas.

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BIBLIOGRAFIA

1.-Bradley, Dawson et al, Mechatronics, Electronics in products and processes,

Chapman and Hall Verlag, Londres, 1991.

2.-Bishop, R.H., ed. The Mechatronics Handbook. 1st ed. CRC, 2002.

3.-MATAIX, Claudio Turbomáquinas Hidráulicas. Editorial ICAI.

4.-DIXON, S. L. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery.

Editorial Butterworth Heinemann.

5.-SCIUBBA, Enrico. Lezioni di Turbomacchine. Editorial Editrice Universitaria

di Roma

6.-Air-Conditioning and Refrigeration Institute. Manual de Refrigeración y Aire

Acondicionado. Tomo 1, Prentice Hall. 1987

7.-Para más información visite: www.EmersonClimate.com/espanol

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