Guia Completa TERMO

7/24/2019 Guia Completa TERMO

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UNIVERSIDAD DEL BO-BO

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

AREA DE TERMOFLUIDOS

Asignatura:Termodinmica Aplicada 440049 Gua de Laboratorios

Semestre II2015

Gua de Laboratorios

Termodinmica Aplicada440049

II Semestre 2015

rea de Termofluidos!dimec!ubiobio!cl"termofluidos!ubiobio!cl Rev. 1.0

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Semestre I2015

#refacio

El laboratorio de Termodinmica Aplicada, complementa la experiencia de aprendia!e para lateor"a# $os e!ercicios de laboratorio permiten la oportunidad del estudio directo delcomportamiento de los %luidos & las trans%ormaciones energ'ticas# Algunos de los experimentosexponen algunos elementos o material no presentado expl"citamente en teor"a#, pero usted puederealiar la respecti(a uninde estos elementos#)tilice el laboratorio como una oportunidad de enri*uecer su conocimiento en estadostermodinmicos, e(aluaciones t'rmicas & energ'ticas#

$os siguientes +b!eti(os de Aprendia!e- para el laboratorio lo guiarn en tomar un rol acti(o ensu educaci.n#

1#/ Familiarizacin con el comportamiento fsico de los fluidos en estados termodinmicos, mane!o depropiedades bsicas de los %luidos tales como temperatura, presi.n, (iscosidades, para lae(aluaci.n energ'tica de procesos & sistemas# Adems de aprender a operar el e*uipamiento conpropiedad & de manera segura#

2#/ esarrollar ! reforzar la capacidad de lectura en instrumentacin # $ectura de man.metros, medidoresde %lu!o, dinam.metros, balanas, etc# edir e(entos en unidades de tiempo cronometrados#eber adems ser capa de medir cantidades con el mximo de precisi.n utiliando losinstrumentos pro(istos en el laboratorio#

#/ esarrollar ! reforzar la capacidad de obser"acin ! documentacin#ebe desarrollar buenos 3bitos en la organiaci.n & recolecci.n de datos en terreno usando uncuaderno o bloc de notas & tener la precauci.n con esos datos pues sern analiados despu's derealiado el ensa&o# eber 3acer un bos*ue!o de cada uno de los e*uipos %"sicos usados en cadaexperimento# 5oner principal atenci.n en la mecnica espec"%ica & los detalles operacionales *uepermitan al e*uipo %uncionar de la manera para la *ue %ue dise6ado# ebe ser capa de listar &describir los pasos usados para obtener las mediciones necesarias# ebe ser capa de identi%icarcual*uier acci.n *ue permita un correcto %uncionamiento del e*uipo & correctos resultados delexperimento# e la misma %orma debe ser capa de identi%icar cual*uier acci.n *ue contribu&a aresultados no deseados o *ue impli*uen errores#

4#/ esarrollar $abilidades para presentar un informe escrito#

)sted crear in%ormes para documentar su traba!o en el laboratorio# ebe usar escritura %ormalcom7nmente usada en documentaci.n t'cnica en ingenier"a# Su in%orme debe ser completo &conciso# 5ara desarrollar el in%orme , debe desarrollar un claro conocimiento del experimento delaboratorio & comunicar ese conocimiento en el documento escrito#



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Semestre I2015

NORMATIVA DE LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS

Las sesiones de laboratorio comenzarn con un Test de Entradacorrespondiente a la experiencia a realizar. Seentregarael Informe de la experiencia segn laPauta de Informeentregada por el profesor,24 hrs terminado el Lab.

I ASISTENCIA Las sesiones se realizarn segn calendarizacin en lataforma A!"##A. "l porcenta$e de asistencia al laboratorio es del 100%. &o se aceptarn alumnos o alumnas atrasados 'as( una vez iniciada la experiencia ) *ste no es motivo de

recuperacin. "n el caso +ue llegue una vez iniciado el ,"-, tendr &ota 1 'uno( en *l. La asistencia al Test de Cicloes /LIA,/RIA se asume como otra experiencia. Si la alumna o alumno falta a una experiencia

a( -lo podr recuperarla si existe CAUSAL DEBIDAMENTE !USTIFICADA" ,oda recuperacin serealizar a fin de semestre.

b( !ebe presentar -olicitud de Recuperacin como cual+uier evaluacin.c( Autorizada la recuperacin el profesor definir d2a 3ora ) sala.

II OBLI#ACIONES DEL ALUMNO O ALUMNA "studiar ) analizar previamente la experiencia en la u2a de Laboratorio. Antes de ingresar a Laboratorio se debe Apa$ar el Tel%fono Celular. 4ane$ar un cuaderno personal donde pueda llevar ordenadamente apuntes acerca de las experiencias realizadas )

las propuestas. Lpiz calculadora reglas ) otras 3erramientas son de uso &er'onal. 5estir adecuadamente usar zapatos cmodos. "vitar uso de gorros sombreros bufandas al3a$as aretes o pulseras. E' o(li$atorio el u'o )e #uar)apol*o o Delantal. Las experiencias contienen dos o ms actividades propuestas en algunas se realizarn una o ms actividades

+uedando como su obligacin desarrollar las dems. !isponer de papel 4ilimetrado -emilog Log6Log cuando corresponda.

Revisar su Informe cuando el profesor le indi+ue. "s responsabilidad del Alumno 'a( verificar peridicamente sus calificaciones.

III EVALUACI+NLa nota final de laboratorio se obtendr de acuerdo a las siguientes ponderaciones7

romedio Test de Entrada7 18%romedioInformes7 90%Test de Ciclo7 98%

"l Test de Cicloinclu)e todaslas experiencias realizadas durante el semestre. Las experiencias sern fi$adaspor el profesor.

&o existe nota m2nima de aprobacin.

Recorte A+u2NOTA ,Entre$ue e'ta colilla al Auxiliar )e La(oratorio-

!eclaro conocer laNormativa de Laboratorio

&ombre Alumno:a7;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

#digo Asignatura.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;


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$ontenidos

1 Sicrometra 5

2 Poder Calorfico 20

3 Balance de Compresor 27

4 n!lisis de Combusti"n 34

5 #ablas $ %r!ficos 40& ne'o ( )nforme Laboratorio 43

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%&perimento 1

1*+ ,B-.#)/,

8onocer & usar instrumentos de medici.n utiliados en sicrometr"aEstudiar experimentalmente los procesos sicrom'tricos conocidos como

calentamiento sensible $ desumectaci"n por enfriamientodel aire 37medo#

2*+ P)C)P),S #.)C,S

2*1*+ )ntroducci"n

Se entiende por sicrometr"a a la ciencia *ue estudia las propiedades, los procesos & losciclos en los *ue inter(iene el aire 37medo# $os procesos bsicos son calentamientosensible, en%riamiento sensible, 3umectaci.n, des3umectaci.n & meclas# Entre lasaplicaciones se puede mencionar la creaci.n de clima arti%icial para uso 3umano o para

cumplir los re*uisitos de operaci.n de ma*uinas, e*uipos o procesos# Tambi'n esimportante en procesos o sistemas *ue utilian aire comprimido#

."."/ Compo'ici0n )el aire 12me)o

El aire 37medo sub"ndice a3 se puede considerar como una mecla de gases idealescompuesta de aire seco sub"ndice a & (apor de agua sub"ndice (# A su (e, el aire secoes una mecla de (arios gases cu&a composici.n molar o (olum'trica es del orden seg7n lasiguiente tabla#

Tabla ;?,0 &2

0,94 Ar

0,0 #/2

0,01 =2

@uente: Elaboraci.n 5ropia#

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SI$'()%T'*A


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Su peso molecular es 2?,?> gmol# 5ara e%ectos prcticos se suele aproximar a 21= de 2& el restante >9= se asume ;2#

En general, el (apor de agua no se comporta como un gas ideal, sal(o cuando se encuentrasobrecalentado a ba!a presi.n, situaci.n %recuente en el aire ambiente#

2*3*+ elaciones b!sicas

Balance de Masa ma mv = mahTemperaturas T a = Tv = TahVolumen V a = Vv = VahPresiones Pa Pv = Pah

Ecuacin de Estado Pa = a Rpa Ta onde 7 Rpa=>?@[ !"# $]Ecuacin de Estado Pv = v Rpv Tv onde 7 Rpa=9>[ !"# $]

2*4*+ efinici"n de temperaturas

La temperatura de bulbo seco #bs6 #a6 #6 #a8es la temperatura de la mecla & se midecon un term.metro com7n u otro medio de medici.n de temperaturas#

La temperatura de punto de roco #P8 es la *ue corresponde a la temperatura desaturaci.n del (apor de agua presente en el aire cuando se somete a un proceso deen%riamiento a presi.n cte# Existen instrumentos *ue permiten su medici.n# Si latemperatura del aire disminu&e a (alores menores *ue la T5B parte del (apor de agua

condensar & la presi.n 5(tambi'n disminuir#

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@ig# ;


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37medo solo lo aporta el aire *ue %lu&e, se estabilia la temperatura del bulbo, temperatura

*ue corresponde a la temperatura de bulbo 37medo del aire *ue %lu&e#$a relaci.n entre la temperatura de saturaci.n adiabtica & la temperatura de bulbo37medo para cual*uier mecla de gas & (apor depende de las caracter"sticas detrans%erencia de calor & di%usi.n de la mecla# 5ara el aire & el (apor de agua en el rango depresi.n & temperatura de aire atmos%'rico, dic3as temperaturas son mu& seme!antes# Estees una caso %ortuito & para otras meclas se debe tomar precauciones#

Propiedades del aire 9medo(

Se pueden obtener mediante ecuaciones, tablas, gr%icos cartas sicrom'tricas o so%tare#5ara caracteriar las propiedades de un estado sicrom'tricooo del aire 37medo se re*uiereconocer la presi.n 5a3, la *ue en muc3os casos se puede medir directamente con unbar.metro, pero dic3a medici.n no permite desagregar los (alores parciales de 5 a & 5(#Adems, deben conocer dos coordenadas adicionales *ue pueden ser la temperatura debulbo seco TFS & la temperatura de bulbo 37medo TFG medidas con sicr.metro o latemperatura de punto de roc"o T5B#

Entre otras propiedades se de%inir la 3umedad relati(a, la 3umedad espec"%ica & laentalp"a#

3ume)a) relati*a ,3R 4 -Es un indicador de *ue tan cerca de la saturaci.n a temperatura TFScte# se encuentra el(apor de agua presente en el aire#

= mv

mvs=

PvPs

se expresa en tanto por uno o en tanto por ciento#

Si H 100 = se cumple *ue TFSH TFGH T5B

:umedad especfica o ra;"n de umedad


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% =

mv

ma["#v

"#a]Aplicando la ecuaci.n de estado:

% = 0A>> PvPa = 0A>> Pv

Pah Pv

.ntalpa del aire 9medo 8

$a entalp"a de una mecla se puede obtener mediante balances de masa & energ"a de suscomponentes# Es importante tener presente *ue la entalp"a del aire 3umeo se expresa por+unidad de masa de aire seco+# $a magnitud de 3 depender de la re%erencia usada#

h = ha % hv ["!"#a]Cartas sicrom=tricas

Son gr%icos en los *ue se resume & representan las propiedades del aire 37medo# Seconstru+en para una presi,n de me-cla constanteo altura sobre ni(el del mar constante &se segmentan seg7n el rango de temperatura de inter's# 5oseen l"neas *ue permiten leerms de una propiedad & su distribuci.n puede (ariar seg7n autor# $as cartas de launi(ersidad de Stam%ord o de la ASGBAE tiene una l"nea base 3oriontal *ue correspondea la l"nea de 3umedad especi%ica igual a cero aire seco la *ue simultneamente

corresponde a la escala de temperatura de bulbo seco# En consecuencia, las l"neas de3umedad espec"%ica constante son 3oriontales & su magnitud se lee en una escala ubicadaen el lado derec3o#

El gr%ico se cierra en su parte superior con una l"nea cur(a ascendente 3acia la derec3a*ue corresponde a la 3umedad relati(a 100 = & por lo tanto permite *ue son l"neasoblicuas cu&a pendiente es le(emente menor *ue las l"neas de TFGcte# $as l"neas de TFScte#son (erticales & las de T5B son 3oriontales# Tambi'n inclu&en l"neas de densidad o

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(olumen espec"%ico expresados por g# de aire seco#

@uente: @C8 ;otas t'cnicas

@ig# ;


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2*5*+ P,C.S, . CL.#>).#, S.S)BL.

Se caracteria por aumento de la temperatura de bulbo seco, sin (ariaci.n de la 3umedadespeci%ica#

@ig#

5roceso de 8alentamiento Sensible

Balances de masa(

Aire Seco : ma& = ma' = ma

apor de agua : mv& = mv'

ma %1 = ma %> %1 = %>

Balance de ener%a(

ma h1 ( = = ma h>( = ma h> h1



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2*&*+ P,C.S, . .S:?>.C#C), P, .@)>).#,

Este proceso re*uiere *ue el aire se en%r"e a temperaturas menores *ue la temperatura deroc"o & la des3umectaci.n ser ma&or mientras menor sea la temperatura de en%riamientodisponible#

Idealmente este proceso se caracteria por un en%riamiento sensible 3asta T5Bcorrespondiente & para temperaturas menores continua por la l"nea de 3umedad relati(aconstante proceso 1 a 2 de la %igura # ic3o proceso es el *ue sigue el aire *ue tomacontacto con las paredes %r"as del sistema de en%riamiento#

En la prctica, si parte del aire no toma contacto con dic3as paredes se en%r"a menos & lacondici.n de %inal corresponde a una mecla entre ambos %lu!os con una temperatura &3umedad especi%ica ma&or *ue en estado 2 estado 2J#

@ig# 45roceso de calentamiento sensible

CS, ).L

Balances de masa(

Aire Seco : ma& = ma' = ma

apor de agua : mv&

= mv'

mf

mf = ma %1%>

Balance de ener%a(


>B


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ma h1 = ( ma h> mf hf

hf 91C TPR1TPR >> ( = ma h1 h> hf %1%>

CS, .L

Balances de masa(

Aire Seco : ma& = ma' = ma')

apor de agua : mv& = mv' mv' )

%1 m1 %> m> = %> ) m> )

mf = ma' %1%> )

Balance de ener%a(

m>a h1 = ( ma' h> mf hf

hf 91C TPR1TPR >> ( = ma' h1 h> hf %1%>

ma& h1 ma' h> = ma' * ha')

En el caso real se puede medir las condiciones sicrom'tricas del estado 1 & 2J, en tanto *ueel estado 2 pertenece a la l"nea de 3umedad relati(a 100 = & a la recta *ue pasa por lospuntos 1 & 2J#

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3*+ .SC)PC) .L .A?)P,

E*uipo didctico de aire acondicionado & re%rigeraci.n marca S8TT# )tilia re%rigeranteB/12 @re.n 12# $a instrumentaci.n del e*uipo (iene expresada en unidades inglesas#

5resenta los siguientes componentes:

Compresor: )nidad 3erm'tica sellada conteniendo en su interior motor el'ctrico &compresor alternati(o de un cilindro & una etapa# El motor es para 11D (olts#

Condensador: Serpent"n de tubos de cobre & aletas de aluminio# Adems posee en su parte

posterior un (entilador de (elocidad (ariable, para ?00, 10D0 & 1D00 rpm#/isor Cualitatio de umedad $ circulaci"n de refri%erante: isor *ue posee un disco deun compuesto *u"mico determinado, *ue cambia de color seg7n el contenido de agua en elcircuito#

ot!metro o medidor de fluo: Instrumento *ue indica el caudal msico de re%rigerante*ue circula por la l"nea# $a lectura esta dad en lbmin ppm#

@iltro desumectador: 8artuc3o *ue atrapa las impureas %"sicas por medio de %inasmallas# 5osee en su interior silica gel material 3igrosc.pico *ue absorbe el agua *ue

puede existir el interior del circuito# Su %unci.n es pre(enir *ue el agua no pase a la (l(ulade expansi.n, &a *ue esta se congelar"a en esa unidad & obstruir"a el %lu!o#

#ubo capilar: Tubo de dimetro interior mu& pe*ue6o de app# 1 mm# & de un largodeterminado, *ue pro(oca un gran estrangulamiento del re%rigerante, logrando ba!ar supresi.n & temperatura del %luido para *ue llegue mu& %r"o al e(aporador#

/!lula de e'pansi"n termost!tica: Su %inalidad tambi'n es de pro(ocar la ca"da depresi.n & temperatura del re%rigerante, pero adems permite la admisi.n del li*uidore%rigerante al e(aporador de acuerdo al grado de sobrecalentamiento *ue se impone a lasalida de 'ste#

.aporador: Serpent"n de caracter"sticas anlogas al condensador, pero donde elre%rigerante %r"o absorbe calor del ambiente o %luido *ue circula a tra('s de 'l , pro(ocandola e(aporaci.n del re%rigerante#

.stanue receptor de liuido refri%erante: ep.sito *ue permite mantener una reser(a dere%rigerante para distintos re*uerimientos de %uncionamiento# ediante un control de(l(ulas especiales se controla la entrada o salida de re%rigerante del dep.sito#

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.stanue separador de aceite lubricante: Aceite *ue pasa a tra('s de los anillos del

compresor & se mecla con el re%rigerante, es separado en 'ste estan*ue por cambio dedirecci.n (iolenta# El estan*ue recibe el re%rigerante *ue sale del e(aporador#

cumulador de aceite: ep.sito *ue recibe el aceite *ue es separado del re%rigerante en elestan*ue separador mencionado anteriormente# El aceite, posteriormente, es en(iado alcrter del compresor# El aceite lubricante es contraproducente en el circuito, &a *uedi%iculta la buena trans%erencia de calor en el e(aporador & condensador#

/!lula solenoide de 4 pasos: Ksta (l(ula permite in(ertir el sentido de %lu!o dere%rigerante, por lo tanto a3ora el condensador traba!ar como e(aporador & (ice/(ersa#

Presostato: Es un interruptor automtico *ue desconecta el motor el'ctrico en presencia desobrepresiones & lo conecta cuando la presi.n 3a descendido a los mrgenes de traba!o#

Esta unidad regula la presi.n mxima de traba!o del compresor, para e(itar sobrecargasdel motor el'ctrico & adems se establece un di%erencial de presi.n para la nue(a partidadel motor#

-ue%o de /!lulas de Circuito: Estn distribuidas en todo el ciclo con el %in de regular elpaso & %lu!o de re%rigerante#

>an"metros $ #erm"metros de Circuito: estos indicadores estn ubicados en el circuitoen lugares *ue muestran las condiciones ms representati(as del ciclo de re%rigeraci.n#

Son D las ubicaciones *ue caracterian los estados del re%rigerante#

p1D t1H escarga del compresor & entrada al condensador

p2D t2H Salida del condensador & entrada al sistema de expansi.n

p3D t3H Entrada al e(aporador & salida del tubo capilar

p4D t4H Salida del e(aporador

p5D t5H Aspiraci.n del compresor

Panel Sistema .l=ctrico: 5osee un sitc3 *ue da paso a la energ"a el'ctrica al motorel'ctrico los interruptores de accionamiento & los (entiladores# Adems posee un(olt"metro, un amper"metro & un attmetro# Este 7ltimo permite leer la potenciaconsumida por los arte%actos el'ctricos, tales como (entiladores & motor el'ctrico# Ademsposee otros accionamientos para in(ertir el ciclo & pro(ocar %allas premeditadas#

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P,C.)>).#, . #B-, . C)CL, ,>L

Abrir (l(ulas 1, 4& ># 8errar restantes %uncionamiento con tubo capilar irar llave -1en sentido punteros del relo!# Entrega energ"a a la l"nea

Subir palanca S2, suministro de energ"a

Cirar interruptor SDdel (entilador, del condensador a (elocidad media

Cirar interruptor SLdel (entilador, del e(aporador a (elocidad media

Seleccionar el interruptor S>en normal

Subir el interruptor S?de potencia del compresor

Esperar el tiempo necesario para *ue el sistema entre a r'gimen

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3*1*+ .suema instalaci"n

@ig# 0D5anel Scott

4*+ P,C.)>).#,

5ara los procesos propuestos de calentamiento sensible & des3umectaci.n poren%riamiento del aire 37medo ambiente se dispone de intercambiadores de calorcondensador & e(aporador en el panel de re%rigeraci.n Scott de laboratorio, 'ste e*uipousa re%rigerante B M 12# El condensador permite el calentamiento sensible del aire & ele(aporador permite en%riar el aire a temperaturas menores *ue la temperatura de roc"o#Adems, cada intercambiador condensador / e(aporador posee un (entilador *uepermite generar la circulaci.n del aire#

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#ompresor

#ondensador "vaporador

5lvula,ermosttica

-entido de


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5*+ >.)C),.S

$as temperaturas de bulbo seco & de bulbo 37medo antes & despu's delintercambiador de calor correspondiente#

5resi.n ambiente elocidad del %lu!o de aire imensiones del ori%icio a tra('s del cual circula el aire Temperatura de cambio de %ase del re%rigerante en cada intercambiador de calor

&*+ .S?L#,SIn%orme bre(e, sobrio & preciso inclu&endo lo siguiente:

atos medidos & estimados iagrama sicrom'tricos considerando los casos te.ricos & lo obser(ado en la

prctica# 8lculo de todas las propiedadesde cada estado sicrom'trico de inter's & de los

fluos de calorin(olucrados Anlisis & discusi.n de resultados Estudio adicional de tema indicado por el pro%esor

7*+ B)BL),G@E

Apuntes de Sicrometr"a# 5ro%esor: $uis 8erda isulini# Apuntes de Sicrometr"a# 5ro%esor: Beinaldo Snc3e Arriagada# anual 8arrier# anual E*uipamiento Scott# ;otas T'cnicas @C8#

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F*+ #BL . >.)C),.S

Condiciones ambientales(Temperatura Fulbo Seco

Temperatura Fulbo G7medo

Gumedad Belati(a

Calentamiento Sensible(

Temperatura Fulbo Seco

Temperatura Fulbo G7medoelocidad aire

imetro ducto

esumectaci"n por enfriamiento(

Temperatura Fulbo Seco

Temperatura Fulbo G7medo

elocidad aire

imetro ducto



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Semestre I2015

%&perimento 2

1*+ ,B-.#)/,edir mediante una Fomba 8alorim'trica el 5oder 8alor"%ico de un combustible

s.lido, a de%inir en $aboratorio#

2*+ P)C)P),S #.)C,S#oder $alorfico: Es la mxima cantidad de calor *ue puede obtenerse de los productosde la combusti.n completa si estos productos se en%r"an a la temperatura original de lamecla de aire & combustible#

#oder $alorfico Superior: Es a*uel liberado por el combustible en la condicionesse6aladas anteriormente cuando el agua de los productos de la combusti.n escapa en%orma l"*uida 8ondensaci.n completa del (apor de agua de los productos#

#oder $alorfico Inferior: Es a*uel liberado por el combustible en la condiciones se6aladas

anteriormente cuando el agua de los productos de la combusti.n escapa en %orma gaseosa#

Ne *ue depende una combusti.n completaO/ Belaci.n aire combustible/ Gumedad del combustible/ Temperatura del aire/ 5resi.n atmos%'rica

3*+ .SC)PC) .L .A?)P,

Fomba calorim'trica:Se utilia para determinar el poder calor"%ico de un combustible cuando se *uema a(olumen constante# $a bomba consta de un crisol para combustibles, en su interior unalambre %ino *ue sir(e para el encendido del combustible# Se carga la bomba con ox"genopuro a una presi.n de 20 At# 5or 7ltimo se ubica dentro del calor"metro rodeado por unacamisa de agua, la *ue absorber el calor desarrollado por la combusti.n# El e*uipopresenta una camisa exterior & una separaci.n de aire estanco, para minimiar la p'rdidasde calor al ambiente#


)%.I$I/ .% #(.%' $AL('*I$(


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Term.metro1:

Se utiliar un term.metro especial para calor"metros, es de columna l"*uida de mercurio &est graduado con una precisi.n de 0#02


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4*+ P,C.)>).#,

Se colocar 1g de combustible s.lido en el crisol & se ubica 'ste en la bombacalorim'trica#

Se instalar el alambre a modo de bobina obser(ando *ue est' en contacto solo conel combustible no con el crisol#

Se cierra la bomba, & se procede a cargar con oxigeno a una presi.n de 20 At#,preocupandose de abrir la (l(ula de carga lentamente para no soplar elcombustible#

Se instala la bomba en el calor"metro pre(iamente cargado con 1900 g de agual"*uida#

8erramos el calor"metro & encendemos el agitador unos momentos para uni%ormarla temperatura del agua# 5resionar el interruptor para producir la ignici.n# Begistrar la temperatura cada 0 segundos, 3asta *ue se alcance la mxima

temperatura# El obser(ador debe estar alerta pues el aumento de temperatura !ustodespues de la ignici.n es bastante rpido#

)na (e llegada la condici.n de mxima temperatura, se contin7a tomando lecturascada minuto durante D minutos# Estas temperaturas son necesarias para calcular lap'rdida de calor 3acia la camisa externa#

Abra el calor"metro & sa*ue la bomba, libere los gases de combusti.n & desarme#Qunte & pese el alambre de ignici.n *ue *uedase del ensa&o#

5*+ CILC?L,S

Trace una cur(a de temperatura en %unci.n del tiempo# etermine el r'gimen de aumento de temperatura Aumento de temperatura

minutos antes del encendido# $lmelo B1# 5ara 'ste ensa&o es cero +0- etermine el r'gimen de disminuci.n de temperatura isminuci.n de

temperatura minutos despu's de la Temperatura xima# $lmelo B2# El r'gimen medio de aumento de temperatura a causa del calor recibido por la

camisa entre el instante de encendido & el instante en *ue alcana la temperaturaambiente es igual a B1 R 02# e modo similar, el r'gimen medio de disminuci.nde temperatura a causa del calor cedido a la camisa, entre el momento en *ue sealcana la temperatura mxima es igual a B2 R 02#



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Semestre I2015

&*+ @>?LS

%ui3alente en Aua de La 5omba

6ariaci,n de Temperatura

$orrecci,n por %nfriamiento

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+ bomba= +E,B

Mbomba CpbombaT=Ma#ua Cpa#ua T

E,B=M

bombaCp

bomba

Cp->

.

[ "#]

T= Temp/M01imaTemp/EncendidoR>R1 [ 2C]

onde3

R13Correcin por calentamiento Para nuestroensa4o 5 R1=0

R>3Correccin por enfriamiento

R>=P>TfTmt

> [2C] P>=

T2fT2mtTfTmt

[2Cs]

onde3

P> 3 PendientedeEnfriamiento

Tf3Tiempo 6inde Ensa4o

Tmt3Tiempoen presentarsela M01imaTemperatura

T2mt3Temperatura M01ima ,lcan7adaT2f3Temperaturaal 6in delEnsa4o


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Semestre I2015

$orrecci,n por el Alambre de Inici,n

$orrecci,n por cido trico

$orrecci,n por cido Sulf7rico

#oder $alorfico Supeior

7*+ .S?L#,S8on los datos deber presentar un in%orme con una pe*ue6a memoria de clculo, las

cur(as de correcci.n *ue correspondan & el 8lculo del 5oder 8alor"%ico Superior del8ombustible#

Pgina_2& Laboratorios_Termofluidos_2015

C,I=LiLfC1 [cal]

onde3

C1=>.?Cal

cm

Li3 Lon#itud inicial del alambre

Lf3Lon#itud 6inal del alambre

C,n=10 [ cal]

C,s=18 [ cal]

PC8=m-> .E,BCp-> . TC,lC,nC,s

mC.MB["cal"#]

onde3

m-> .3 Masade ,#ua

E,B 3 E(uivalenteen a#ua dela Bomba

Cp-> .3Calor espec9fico del ,#ua

T 3Variacin deTemperatura

mC.MB 3 Masa deCombustible 8lidoensa4ado


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Semestre I2015

F*+ B)BL),G@E

$aboratorio del Ingeniero ecnico 2 edici.n19>1 oolitle, Q#Se&mour# ;orma 83ilena %icial ;c3 D1#%L0 8ombustibles S.lidos M eterminaci.n del

5oder 8alor"%ico#

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Semestre I2015

J*+ #BL . >.)C),.S

)edici,n Temperatura8$: Tiempo 8s:

1 0

2 0

L0

4 90

D 120

L 1D0

> 1?0

?

9

10

11

12

1

14

1D

1L

1>

1?

19

20

.atos

Pgina_2( Laboratorios_Termofluidos_2015

m->.3 1D00#

mB.MB,3 >D@8#

Cp-> .3 1$cal

$#:C

CpB.MB,3 0.119$cal

$#:C

mC.MB 3 1#


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Semestre I2015

%&perimento ;

1*+ ,B-.#)/,btenci.n de parmetros correspondientes a un balance t'rmico de un compresor

alternati(o#

2*+ P)C)P),S #.)C,S$os compresores son m*uinas *ue tienen por %inalidad aumentar la presi.n de un

gas mediante el aporte de energ"a externa# El t'rmino compresor es un (ocablo gen'rico,en el cual se inclu&en todas la m*uinas *ue aumentan la presi.n esttica de un gas o(apor#)na primera clasi%icaci.n puede darse por el rango de aumento de presi.n:

8aracter"sticas de los 8ompresores

Alternati(os: 5ara ba!as, medianas & altas presiones 5ara capacidades moderadas Buidosos @lu!o intermitente del gas comprimido ;ecesitan dep.sitos de aire

Botati(os 5ara presiones ba!as 5ara capacidades moderadas

Pgina_2) Laboratorios_Termofluidos_2015

Ventiladores P 0.0@$#

cm>

8opladores P >.8$#

cm>

Compresores P >.8$#

cm>

5ALA$% .% $()#'%S(' ALT%'ATI6(


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Semestre I2015

Silenciosos

@lu!o continuo de gas @undaciones pe*ue6as ;o necesitan dep.sitos de aire

Tornillo 5ara presiones moderadas 5ara capacidades medianas Silenciosos Aire puro exento de aceite "nima mantenci.n ;o poseen (l(ulas

Boots 5ara presiones ba!as Sopladores 5ara capacidades altas Sin (l(ulas

8entr"%ugos 5ara presiones medianas con (arias etapas 5ara capacidades medianas

Axial 5ara presiones medianas con (arias etapas 5ara grandes capacidades *uinas (oluminosas, accionadas normalmente por turbinas a gas#

3*+ .SC)PC) .L .A?)P,5ara la realiaci.n de la experiencia se cuenta con un 8ompresor Alternati(o de dos

pistones, ubicado en el $aboratorio de Termo%luidos# Es un e*uipo de tipo industrial por lo*ue durante su %uncionamiento emite ruido# Sea cauteloso en la operaci.n & pongaatenci.n a las instrucciones del 5ro%esor, Auxiliar & Alumno a&udante#

o opere ni encienda el $ompresor sin la c


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Semestre I2015

otor el'ctrico tri%sico 10 G5, ?0

Tac.metro digital an.metro principal Fourd.n an.metro di%erencial electr.nico# 5laca ori%icio Term.metro de contacto Term.metro BT electr.nico Amper"metro digital

3*1*+ .suema instalaci"n

4*+ P,C.)>).#,5rimero (eri%icar el correcto %uncionamiento de los instrumentos de medici.n,

re(isar escalas & precisi.n# $a idea es llegar a una condici.n de r'gimen estacionario @lu!oconstante, para (ariar ese %lu!o es necesario controlar por medio de la l(ula de globoubicada a la salida del estan*ue e inicio de la tuber"a de descarga#


an.metroP

2

l(ulaEstan*ue

an.metro

i%erencialVpTerm.metro8ontacto

#2

TemperaturaSalida

#sal*

5laca ri%icio

otorEl'ctrico


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Semestre I2015

e%ina las presiones de ensa&o & (eri%i*ue *ue la lectura en el an.metro de

bourd.n permaneca constante# )na (e *ue eso se cumple 4 a D minutos, debenrealiarse las mediciones# 5or 7ltimo medir las condiciones ambientales por medio de unFar.metro & term.metro ubicado en el $aboratorio de ediciones Fsicas#

El estado +1- se de%ine con las condiciones ambientales, &a *ue, desde el ambientedel $aboratorio se est tomando el aire para la compresi.n# El estado +2- se de%ine con latemperatura de descarga del compresor al estan*ue tuber"a cur(a & la presi.n dentro delestan*ue#

(rden de mediciones=

5resi.n an.metro de Fourd.n Temperatura de salida T2 Term.metro de 8ontacto Be(oluciones Tac.metro igital 8orriente el'ctrica Amper"metro igital i%erencia de altura Para cuantificar el flu-o por medio de una placa orificio

an.metro de columna l"*uida Temperatura de descarga Tsal Term.metro de ercurio 8ondici.n Ambiental Far.metro de @ort"n & Term.metro Ambiental

5*+ .S?L#,SBealiar un balance del compresor alternati(o en r'gimen, para cada una de las

presiones de ensa&o# Cra%icar diagrama de Sane&, para el deglose de potencias#

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Semestre I2015

&*+ @>?LS

1 ensidad del ,ire

aire=P1

Rp Tsal

> C0lculo de la velocidad conuna placa orificio

V>=

> p

aire1 d>d19

onde 7 d1=@Dm m 4 d >=?1.>mm

? C0lculo de Caudal

V=C ,> V>onde 7 C=0.A>?

9 C0lculo de flu;om0sico de aire

m=aire V

8 C0lculo del Volumen ,spirado

Vasp=

m R p T 1

P1

Pgina_%1 Laboratorios_Termofluidos_2015


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Semestre I2015

A C0lculo del RendimientoVolum

onde

pistn=101mm

Lc=Lon#itud deCarrera

N=Nro de vueltas

vol=Vasp

V

@ C0lculo del Indice Politrpico

n =

lnP>P1

lnP>P1lnT>T

1

C C0lculodel Calor Recha7ado

Cn= Cv$n1n

onde 7

$=1.9

CV=0.@1"!

$# $

+ rech=m Cn T

D C0lculo de la Potencia Indicada

=i= mn

n1 Rp T

10 C0lculo de la Potencia El


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Semestre I2015

11 C0lculo de la Potencia en el e;e del Motor el


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Semestre I2015

%&perimento 4

1*+ ,B-.#)/,edici.n & obtenci.n de parmetros para caracteriar una combusti.n controlada,

realiando los respecti(os balances#

2*+ P)C)P),S #.)C,SEl estudio de los procesos de combusti.n, con la %inalidad de determinar si es o nocompleta la combusti.n, el tipo sustancias residuales luego de ella & la proporci.n aire/combustible empleada, suele 3acerse por dos m'todos:

btenci.n de productos de combusti.n a partir del anlisis del combustible anal"tico#

btenci.n de productos de combusti.n directo experimental#

Este $aboratorio considera esencialmente el m'todo experimental, empleando para

ello elAnali-ador de ases Testo ;>0?L#

Combusti"n: El proceso de combusti.n consiste, bsicamente, en la reacci.n *u"micadel combustible con el ox"geno del aire generando productos de combusti.n calor &lu#

Combustble .> Productosde combustin calor lu7

$os elementos principales del combustible *ue participan en la combusti.n son: 8,G2& adems el S# depende de su cantidad# as":

Carbono C .> C.> -idr#eno -

> 1 /> .

> -

>.

,7ufre 8 .>

8.>

El nitr.geno & agua contenida en el combustible, pasan directamente a los

productos de combusti.n#

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AALISIS .% $()5@STI/


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Semestre I2015

3*+ .SC)PC) .L .A?)P,

El nali;ador de Gases de Combusti"n #esto 350KL, es empleado para el anlisis(olum'trico de los productos secos de combusti.n# 5ermite medir la presencia demon.xido de carbono 8, an3"drido carb.nico 82 & ox"geno ./2#

5ara operar durante este ensa&o el instrumento est pre(iemnete calibrado,solamente es necesario realiar una (eri%icaci.n del estado de los sensores & unacalibraci.n bsica con aire atmos%'rico cu&a lectura de x"geno debe ser del 21=#

3*1*+ .suema del .uipo

@i%* 1nali;ador #esto 350MKLH

4*+ P,C.)>).#,

5reparar la ona de toma de muestras, no debe ol(idar *ue una c3imenea o salidade gases presentar temperaturas ele(adas#

8onectar el terminal de la manguera de toma de muestras a la c3imenea de lacaldera de laboratorio traba!ando a r'gimen# edir la temperatura, (elocidad de losgases & el dimetro de la c3imenea exterior#

Tomar muestra de gases presionando el boton +5ump- Fomba#

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eri%icar en la pantalla los porcenta!es de productos de combusti.n#

El 82 & el 2 se presentarn en porcenta!e = , pero el 8 se presenta en ppm# El nitr.geno se obtiene restando a 100 los porcenta!es obtenidos anteriormente#

5*+ .S?L#,S

8on el anlisis rsat obtenido determine los anlisis (olum'trico & gra(im'trico delos gases#

8alcule el peso molecular, la constante particular & los calores especi%icos a presi.n& (olumen constante de los gases medidos#

etermine la cantidad de gases e(acuados por la c3imenea en g3 # E(al7e en %orma aproximada la p'rdida de calor producida al e(acuar los gases

calientes en la atm.s%era U eri%icar la %.rmula emp"rica, para e(aluar el = Exceso o e%icit de aire en la

8ombusti.n de una 8aldera#

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Semestre I2015

&*+ @>?LS

G/)>.#EPara los productos de la Combusti"n

>1 = n1PM1

nproductosPMproductos [ "# 1

"# productos]onde3

n 3 N?merode moles

PM 3 Peso molecular

C,>B?S#).cuaci"n .steueom=trica o )deal

C1-4 a.>?.@&> bC.> dN> e-> .

.cuaci"n eal

C1-4 a.>?.@&> bC.> fC. dN> e->. #.>

elaci"n ireNCombustible

Ra /c =n.

>

PM.>

nN>

PMN>

nCPMC n-PM- [ "# aire

"# combustible]P=rdida de Calor por %ases a la tm"sfera

Pgina_%) Laboratorios_Termofluidos_2015


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+# = r#/ c Cp# Tsalida Tentrada

[ "cal

"#combustible

]onde3

r#/c 3 Relacin #ases /combustible

Cp#3Calor espec9ficodelos #ases deescapeE1perimentalmente

Tsalida 3Temperatura de salida delos#ases

Tentrada 3Temperatura deentrada del combustible

r#/c = nproductosPMproductosncombustiblePMcombustible [

"# productos

"# combustible]

Cp# = 0.>[ "cal"#productos2C]Gases eacuados por la cimenea

m# = V# ,seccin # [ "#s]onde3

m#3 6lu;o m0sico de #ases evacuadosV#3Velocidad media del flu;o de#ases

,seccin3 @rea deseccintransversal dela chimenea#3ensidad dela me7cla de #ases evacuados

O .'eso o =ficit de ire*

Pgina_%* Laboratorios_Termofluidos_2015

E1ceso C.>0> N> .> C.>


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7*+ B)BL),G@E

Energ"a mediante (apor, gas & aire 19L1 Se(erns, U# anual del Ingeniero, ol#I pp#1>L 19>D Gutte El $aboratorio del Ingeniero ecnico 19>1 oolittle, Q#S# Termodinmica Dta Edici.n 200L Xengel, Y# Foles, # #testoD0#com

F*+ #BL . >.)C),.S

#abla de datos(

Temperatura de gases P@elocidad de los gases msimetro del ducto m

edici.n =82 =2 =8 =;212

Tabla de resulatdosAnlisisolum'trico

82H 2H 8H ;2H

AnlisisCra(im'trico

82H 2H 8 H ;2H

5eso olecular mecla 5 gmol8onstante 5articular mecla Bp QgZ[8alor Espec"%ico a 5resi.n cte# 8p QgZ[8alor Espec"%ico a olumen cte# 8( QgZ[

@lu!o de gases gs5'rdida de calor U

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Semestre I2015

#ablas $ %r!ficos

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Semestre I2015

ia%rama de >ollier

Fuente ngineeringTolbo3

@i%* 2ia%rama de >ollierH

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Semestre I2015

Carta Sicrom=trica

@i%* 03Carta Sicrom=tricaH

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ne'o )nforme de Laboratorio

El ob!eti(o primario de un In%orme en ingenier"a es transmitir in%ormaci.n t'cnica aindi(iduos *ue tengan la misma preparaci.n *ue el autor# $a in%ormaci.n en el in%ormedebe ser presentada tan clara & precisa como sea posible, pero siempre con el detallesu%iciente para *ue el m'todo & los datos sean comprendidos por el lector#

Contenidos

El in%orme de laboratorio se compone de las siguientes secciones:

1*+ #apa " Cubierta*Esta tapa permite la rpida identi%icaci.n del in%orme# ebe presentarel n7mero & el t"tulo del experimento, el nombre del autor &o autores, la %ec3a de laexperiencia & la secci.n de laboratorio identi%icar por d"a & 3orario#2*+ )ntroducci"n# $a introducci.n es donde se explica el prop.sito del experimento# adauna (isi.n general de los m'todos usados & de resultados esperados# 5ara este caso laintroducci.n debe ser bre(e# )n prra%o es su%iciente#3*+ .uipamiento* )n bre(e bos*ue!o del e*uipamiento & una descripci.n bre(e en

palabras# $as %iguras & es*uemas deben numerarse seg7n con(enci.n presentada masadelante#4*+ Procedimiento* Fre(emente describir el procedimiento usado en el experimento# ocopie literalmente la ua de laboratorio! escriba los pasos necesarios para lograr losresultados correctos#5*+ atos# ebe presentar claramente los datos de la experimentaci.n en las unidadescorrespondientes# 5uede ser una Tabla de datos seg7n con(enci.n presentada masadelante#&*+ .emplo de c!lculo# ar un e!emplo de clculo, comenando con los datos originales &realiando los correspondientes cambios de unidades para presentar un resultadoco3erente#7*+ esultados*$os resultados deben presentar los datos procesados en %ormato tabularuna tabla &o gr%ico# $a tablas & gr%icos deben presentar una le&enda *ue describa *uecontiene o representan estos elementos# )na %rase es su%iciente# $os resultados *ue +;-presenten esta narrati(a sern ignorados#F*+ Conclusi"n# Bepresenta la comprensi.n del ensa&o & el signi%icado de los resultados# Enesta secci.n puede discutir los resultados# Explicar las %uentes de error# eri%icar los l"mites

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de precisi.n *ue expli*uen discrepancias en datos, si algo se ol(id. o est errado con el

experimento# Si es posible entregar procedimientos alternati(os para obtener lo mismo ome!ores resultados# Besponder cual*uier pregunta 3ec3a en la gu"a de laboratorio#8umplimiento del ob!eti(o de la experiencia#

Conenci"n de @orma

$os in%ormes t'cnicos en ingenier"a son documentos estructurados con los contenidosdescritos en la secci.n anterior# El in%orme de laboratorio debe ser presentado con%orme alos estandares comunicacionales pro%esionales & el buen uso del idioma espa6ol# $a

apariencia (isual debe ser clara & precisa#

@ormato(

1#/ ebe ser escrito con letra clara & explicando en %orma precisa lo realiado:E!emplo:al: $os n7meros estn cercanos considerando el total de los datos

Bien( Los alores de iscosidad est!n dentro del 15O de los alores presentados en la

tabla 3*1H

2#/ En tercera persona#

5rimera persona: Bepetimos el ensa&o tres (eces & calculamos el promedio con esos datos##ercera persona( .l ensa$o se repiti" tres eces $ el promedio se calcul" con estos datos*

@iguras & tablas

)nafiguraes cual*uier dibu!o, %otogra%"a o gr%ico de datos# Todas las %iguras & tablasdeben ser numeradas# 8uando su in%orme sea e(aluado las %iguras & tablas *ue ; est'nnumeradas ; se e(aluarn#$as tablasdeben ser +tituladas- inclu&endo el n7mero & una bre(e descripci.n *ue indi*ueel contenido de la tabla# E!emplo Tabla 1#1 implica *ue es la tabla n7mero uno del cap"tulouno#$as %iguras se describen en la parte in%erior indicando el n7mero & una bre(e descripci.ndel contenido#

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Semestre I2015

.emplo de tabla $ fi%ura*

Tabla 1#1: Besultados de la medici.n de (iscosidad a 202 1,D0 R1D

Agua etal grande 0,>Dx10/ 1,00x10/ /2D

Agua idrio 1,1x10/ 1,00x10/ R1

@igura 1#1: 8ur(as de rendimiento (s caudal & ;5SG re*# para la bomba centr"%ugaensa&ada#

Guia Completa TERMO

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