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Hidrulica : Tanques y depsitos , accesorios , circuitos hidrulicos OPERACIN DE COMPONENTES HIDRULICOS

Para transmitir y controlar potencia a travs de los lquidos a presin, se requiere un conjunto de componentes interconectados. Serefiere comnmente al conjunto como sistema. El nmero y el conjunto de componentes varan de sistema a sistema, dependiendodel uso particular. En muchas aplicaciones, un sistema principal de potencia alimenta a varios subsistemas, que se refieren a vecescomo circuitos. El sistema completo puede ser una pequea unidad compacta; ms a menudo, sin embargo, los componentes seubican en puntos extensamente separados para un conveniente control y operacin del sistema.Los componentes bsicos de un sistema de potencia fluida son esencialmente iguales, sin importar si el sistema utiliza un mediohidrulico o neumtico.Hay cinco componentes bsicos usados en un sistema hidrulico.Estos componentes bsicos son:

1. Depsito o receptor2. Bomba o compresor3. Lneas (caeras, tubera, o manguera flexible)4. Vlvula de control direccional5. Dispositivo de impulsin

Varios usos de la potencia hidrulica requieren solamente un sistema simple; es decir, un sistema que utiliza solamente algunoscomponentes adems de los cinco componentes bsicos. Algunos de estos usos se presentan en los prrafos siguientes.Explicaremos la operacin de estos sistemas brevemente ahora as usted sabr el propsito de cada componente y puede entendermejor cmo la hidrulica se utiliza en la operacin de estos sistemas.

GATO HIDRULICOEl gato hidrulico es quizs una de las formas ms simples de un sistema de potencia fluida. Moviendo la manivela de un pequeodispositivo, un individuo puede levantar una carga que pesa varias toneladas. Una pequea fuerza inicial ejercida en la manija estransmitida por un lquido a un rea mucho ms grande. Para entender esto mejor, vea la figura a continuacin. El pequeo pistn dela entrada tiene un rea de 5 pulgadas cuadradas y est conectado directamente con un cilindro grande con un pistn en la salidaque tiene un rea de 250 pulgadas cuadradas.


Fig. : Gato hidrulico

La tapa de este pistn forma una plataforma de elevacin.Si una fuerza de 25 libras se aplica al pistn de la entrada, sta produceuna presin de 5 psi en el lquido, es decir, por supuesto, si una suficientecantidad de fuerza resistente est actuando contra la tapa del pistn desalida. Despreciando las prdidas por friccin, esta presin que acta en elrea de 250 pulgadas cuadradas del pistn de salida soportar una fuerzaresistente de 1.250 libras. Es decir, esta presin podra vencer una fuerzaligeramente inferior a 1.250 libras.

Una fuerza de la entrada de 25 libras se ha transformado en una fuerza de funcionamiento de ms de media tonelada; sin embargo,para que esto sea verdad, la distancia recorrida por el pistn de entrada debe ser 50 veces mayor que la distancia que se desplazel pistn de la salida. As, para cada pulgada que el pistn de la entrada se mueva, el pistn de salida se mover solamente 1/50 depulgada.Esto sera ideal si el pistn de la salida necesitara moverse solamente una distancia corta. Sin embargo, en la mayora de los casos,el pistn de salida tendra que ser capaz de moverse una distancia mayor para servir para una aplicacin prctica. El dispositivomostrado en la figura arriba no es capaz de mover el pistn de salida ms lejos que lo mostrado; por lo tanto, algn otro medio sedebe utilizar para levantar el pistn de salida a una mayor altura.El pistn de la salida se puede levantar ms arriba y mantenerse en esta altura si componentes adicionales son instalados segnpuede verse en la figura a continuacin. En esta ilustracin se disea el gato para poder ser levantado, ser bajado, o sostenerse enuna altura constante. Estos resultados son logrados introduciendo un nmero de vlvulas y tambin una fuente de la reserva delquido que se utilizar en el sistema.Note que este sistema contiene los cinco componentes bsicos: el depsito; cilindro 1, que sirve como bomba; vlvula 3, que sirvecomo vlvula de control direccional; cilindro 2, que sirve como el dispositivo de impulsin; y las lneas para transmitir el lquido a ydesde los diversos componentes. Adems, este sistema contiene dos vlvulas, 1 y 2, cuyas funciones se explican seguidamente.


Mientras que se levanta el pistn deentrada ( visin A en la figura), la vlvula1 es cerrada por la presin de retorno delpeso del pistn de salida. Al mismotiempo, la vlvula 2 es abierta por elcabezal de lquido en el depsito. Estofuerza el lquido dentro del cilindro 1.

Fig. : Gato hidrulico. (A) - Subida de pistn (B) -Bajada de pistn.

Cuando se baja el pistn de la entrada(visin B en la figura), una presin sedesarrolla en el cilindro 1. Cuando estapresin excede el cabezal en el depsito,se cierra la vlvula 2. Cuando excede lapresin de retorno del pistn de la salida,abre la vlvula 1, forzando el lquido en latubera.

La presin del cilindro 1 se transmite as hacia el cilindro 2, donde acta para levantar el pistn de salida con su plataforma deelevacin adjunta. Cuando el pistn de entrada se levanta otra vez, la presin en el cilindro 1 cae debajo de la disponible en elcilindro 2, haciendo la vlvula 1 cerrarse. Esto evita la vuelta del lquido y sostiene el pistn de la salida con su plataforma de laelevacin fijada en su nuevo nivel. Durante este movimiento, la vlvula 2 se abre otra vez permitiendo un nuevo suministro de lquidoen el cilindro 1 para el movimiento siguiente (hacia abajo) de potencia del pistn de entrada.As, por movimientos repetidos del pistn de entrada, la plataforma de elevacin puede ser levantada progresivamente. Para bajar laplataforma de elevacin, la vlvula 3 se abre, y el lquido del cilindro 2 se vuelve al depsito.


Fig. : Gato hidrulicoEn este sistema, en la vista de figura anterior, un reservorio y un sistema de vlvulas ha sido agregado a la palanca hidrulica de Pascalpara accionar un pequeo cilindro o bomba continuamente, y elevar un gran pistn o un actuador un poco por cada accionamiento o carrera.El diagrama A muestra una carrera de entrada. Una vlvula de retencin de salida cierra por presin una carga, y una vlvula de retencinde entrada se abre de manera que el lquido del tanque de reserva llene la cmara de bombeo. El diagrama B muestra la bomba accionandohacia abajo. Una vlvula de retencin de entrada cierra por presin y una vlvula de retencin de salida se abre. Mas lquido es bombeadobajo un gran pistn para elevarlo. Para bajar la carga, una tercera vlvula (vlvula aguja) se abre, la que abre un rea debajo del pistngrande hacia el tanque de reserva. La carga luego empuja el pistn hacia abajo y fuerza al lquido hacia el tanque de reserva

FRENOS HIDRULICOSEl sistema de frenos hidrulico usado en el automvil es un sistema mltiple de pistones. Un sistema mltiple de pistones permite quelas fuerzas sean transmitidas a dos o ms pistones de la manera indicada en la figura siguiente.

Observe que la presin desarrollada por la fuerza aplicada al pistn de entrada


Fig. : Sistema mltiple de pistones

(1) ser transmitida sin prdidas a ambos pistones de salida (2 y 3), y que lafuerza resultante en cada pistn es proporcional a su rea. La multiplicacinde fuerzas del pistn de entrada a cada pistn de salida se rige de acuerdocon los mismos principios explicados antes.

El sistema de frenos hidrulico de los cilindros maestros hasta los cilindros de cada rueda en la mayora de los automviles funcionade una manera similar al sistema ilustrado en la figura anterior.

Cuando el pedal de freno es accionado, lapresin sobre el pedal mueve el pistn dentrodel cilindro maestro, forzando y desplazandoal lquido de frenos desde el cilindro maestroa travs de las tuberas y de las manguerasflexibles hacia los cilindros de las ruedas. Loscilindros de las ruedas contienen dospistones de salida opuestos, cada unos delos cuales estn fijados a una zapata defreno ubicada dentro del tambor de freno.Cada pistn de salida empuja la zapatacontra la pared del tambor de freno,retardando as la rotacin de la rueda.Cuando la presin sobre el pedal es liberada,los resortes en las zapatas vuelven lospistones de cilindro de rueda a sus


Fig. : Sistema de frenos del automvil.

pistones de cilindro de rueda a susposiciones liberadas. Esta accin fuerza alfluido o lquido de freno desplazado aretornar a travs de las mangueras flexiblesy de las tuberas al cilindro maestro.

La fuerza aplicada al pedal de freno produce una fuerza proporcional en cada uno de los pistones de salida, los que a su vezaccionan las zapatas produciendo el efecto de friccin en las ruedas al girar para retardar la rotacin de las mismas.Segn lo mencionado previamente, el sistema de frenos hidrulico en la mayora de los automviles funciona de una manera similar,segn las indicaciones en la figura arriba. Est ms all del alcance de este sitio discutir los diferentes sistemas de frenos.

ACUMULADORESLos fluidos usados en los sistemas hidrulicos no pueden ser comprimidos como los gases y as almacenarse para ser usados endiferentes lugares o a tiempos distintos.Un acumulador consiste en un depsito destinado a almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una ciertapresin mediante una fuerza externa.El fluido hidrulico bajo presin entra a las cmaras del acumulador y hace una de estas tres funciones: comprime un resorte,comprime un gas o levanta un peso, y posteriormente cualquier cada de presin en el sistema provoca que el elemento reaccione yfuerce al fluido hacia fuera otra vez.Los acumuladores, en los cilindros hidrulicos se pueden aplicar como:

Acumulador de energaConvertido de web en PDF con http://www.htmlapdf.com!

Antigolpe de arieteAntipulsacionesCompensador de fugasFuerza auxiliar de emergenciasAmortiguador de vibracionesTransmisor de energa de un fluido a otro

Acumulador de contrapeso

El acumulador cargado por peso, ejerce una fuerza sobre el lquido almacenado, por medio de grandes pesos que actan sobre elpistn o mbolo. Los pesos pueden fabricarse de cualquier material pesado, como hierro, concreto e incluso agua.Generalmente los acumuladores cargados por peso son de gran tamao; en algunos casos su capacidad es de varios cientos delitros. Pueden prestar servicio a varios sistemas hidrulicos al mismo tiempo y usualmente son utilizados en fbricas y sistemashidrulicos centrales.Su capacidad para almacenar fluidos a presin relativamente constante, tanto si se encuentran llenos como casi vacos, representauna ventaja con respecto a otros tipos de acumuladores que no poseen esta caracterstica. La fuerza aplicada por el peso sobre ellquido es siempre la misma independiente de la cantidad de fluido contenido en el acumulador.Una circunstancia desventajosa de los acumuladores cargados por peso es que generan sobrepresiones. Cuando se encuentrandescargando con rapidez y se detienen repentinamente, la inercia del peso podra ocasionar variaciones de presin excesivas en elsistema. Esto puede producir fugas en las tuberas y accesorios, adems de causar la fatiga del metal, lo cual acorta la vida til delos componentes.


Acumulador cargado por muelle

En los acumuladores cargados por resorte, la fuerza se aplica al lquido almacenado por medio de un pistn sobre el cual acta unresorte. Suelen ser ms pequeos que los cargados por peso y su capacidad es de slo algunos litros. Usualmente dan servicio asistemas hidrulicos individuales y operan a baja presin en la mayora de los casos.Mientras el lquido se bombea al interior del acumulador, la presin del fluido almacenado se determina por la compresin del resorte.Si el pistn se moviese hacia arriba y comprimiera diez pulgadas al resorte, la presin almacenada sera mayor que en el caso de unresorte comprimido tan slo cuatro pulgadas.A pesar de los sellos del pistn, cierta cantidad de fluido almacenado podra infiltrarse al interior de la cmara del resorte delacumulador. Para evitar la acumulacin de fluido, un orificio de respiracin practicado en la cmara permitir la descarga del fluidocuando sea necesario.Acumulador de Pistn


Un acumulador de tipo pistn consiste en un cuerpo cilndrico y un pistn mvil con sellos elsticos. El gas ocupa el volumen porencima del pistn y se comprime cuando el fluido entra al interior del cuerpo cilndrico. Al salir el fluido del acumulador la presin delgas desciende. Una vez que todo el lquido ha sido descargado, el pistn alcanza el final de su carrera y cubre la salida manteniendoel gas dentro del acumulador.Acumulador de gas no separado

Los acumuladores de gas no separado consisten en un depsito en el que se coloca un volumen de fluido y a continuacin se le da lapresin al gas. Normalmente se instalan en circuitos donde el volumen de aceite tiene un mximo y un mnimo dentro del acumulador.Este acumulador es sencillo de construccin, econmico y se puede realizar para caudales medianos. Tiene el inconveniente de queexiste el peligro de que el gas se mezcle con el aceite.Acumulador de Diafragma

El acumulador de tipo diafragma se compone de dos hemisferios metlicos atornillados juntos, pero cuyo volumen interior se hallaseparado por un diafragma de hule sinttico, el gas ocupa el hemisferio superior. Cuando el fluido entra en el espacio inferior, el gasse comprime. Al descargar todo el lquido, el diafragma desciende hasta la salida y mantiene el gas dentro del acumulador.


Este tipo de acumuladores son para caudales relativamente pequeos y presiones medias.Acumulador de vejiga

El acumulador de tipo vejiga se compone de un casco de metal en cuyo interior se encuentra una vejiga de hule sinttico quecontiene al gas. Cuando el fluido entra al interior del casco, el gas en la vejiga se comprime.La presin disminuye conforme el fluido sale del casco, una vez que todo el lquido ha sido descargado, la presin del gas intentaempujar la vejiga a travs de la salida del acumulador. Sin embargo, una vlvula colocada encima del puerto de salida, interrumpeautomticamente el flujo cuando la vejiga presiona el tapn de la misma.Observaciones:

No cargar nunca un acumulador con oxgeno o con aire.Descargar la presin hidrulica antes de quitar el acumulador.Antes de despiezar el acumulador quitar presin hidrulica y presin de gas

Fluidos hidrulicos . Propiedades requeridas .Tanques y Depsitos.

La funcin natural de un tanque hidrulico o tanque de reserva es contener o almacenar el fluido de un sistema hidrulico. En qu consisteun tanque hidrulico ?, un tanque de hidrulico almacena un lquido que no est siendo usado en un sistema hidrulico. El mismo ademspermite la extraccin de los gases y materiales extraos del lquido. Un tanque de reserva construido apropiadamente debera poder disiparel calor del aceite, separar el aire del aceite, y extraer los contaminantes que se encuentran en el mismo. Los tanques de reserva varan entamao de construccin desde pequeos tanques de acero estampado a grandes unidades fabricadas en hierro fundido. Los tanquesgrandes deben estar arenados luego de que todas las soldaduras hayan finalizado y luego enjuagados y limpiados al vapor. Al hacer estose remueve los restos de soldadura y virutas que queden del estampado en caliente del acero. La superficie interna luego debe ser selladacon una pintura compatible con el fluido hidrulico. Un esmaltado de motor rojo es apropiado para aceites de petrleo y sella cualquiersuciedad residual no removida por el enjuague y la limpieza al vapor.En un sistema hidrulico industrial, en donde no hay problemas deespacio y puede considerarse la obtencin de un buen diseo, los tanques hidrulicos consisten de cuatro paredes (normalmente de acero),


espacio y puede considerarse la obtencin de un buen diseo, los tanques hidrulicos consisten de cuatro paredes (normalmente de acero),un fondo con desnivel, una tapa plana con una placa para montaje, cuatro patas, lneas de succin, retorno y drenaje; tapn de drenaje,indicador de nivel de aceite; tapn para llenado y respiracin; una cubierta de registro para limpieza y un tabique separador o placadeflectora.

Adems de funcionar como un contenedor de fluido, un tanque tambin sirve para enfriar el fluido, permitir asentarse a los contaminantes yel escape del aire retenido.

Cuando el fluido regresa al tanque, una placa deflectora bloquea el fluido de retorno para impedir su llegada directamente a la lnea desuccin. As se produce una zona tranquila, la cual permite sedimentarse a las partculas grandes de suciedad, que el aire alcance lasuperficie del fluido y da oportunidad de que el calor se disipe hacia las paredes del tanque.La desviacin del fluido es un aspecto muy importante en la adecuada operacin del tanque. Por esta razn, todas las lneas que regresanfluido al tanque deben colocarse por debajo del nivel del fluido y en el lado de la placa deflectora opuesto al de la lnea de succin.La mayora de los sistemas hidrulicos de tamao pequeo a mediano utilizan los tanques o depsitos como base de montaje para labomba, motor elctrico, vlvula de alivio, y a menudo otras vlvulas de control. Este conjunto se llama. "Unidad de bombeo", "UnidadGenerada de Presin" etc.La tapa del tanque puede ser removida para permitir la limpieza e inspeccin. Cuando esta no es la lateral y constituye la parte superior deltanque lleva soldadas cuplas para recibir la conexin de tuberas de retorno y drenaje. Se colocan guarniciones alrededor de las tuberasque pasan a travs de la tapa para eliminar la entrada de aire.Forma. La figura siguiente muestra algunas de las caractersticas de diseo de un tanque de reserva. El mismo debera ser alto y angostoen lugar de profundo y ancho. El nivel de aceite deber estar tan alto como sea posible sobre la apertura de la lnea de succin de labomba. Esto evita que el vacio en la apertura de la lnea cause efectos de remolino o vrtices, lo que significara que el sistema estprobablemente tomando aire. El aceite aireado no transmitir potencia correctamente debido a que el aire es compresible. Al aceite aireadotiene una tendencia a deteriorarse y perder su habilidad de lubricacin.

Tamao. Los tamaos de los tanques de reserva variaran. Sin embargo, un tanque de reserva debe ser lo suficientemente grande comopara que el mismo tenga una reserva de aceite con todos los cilindros en un sistema completamente extendidos. Una reserva de aceitedebe ser lo suficientemente elevada para evitar vrtices en la apertura de la lnea de succin. Un tanque de reserva debe tener espaciosuficiente para almacenar todo el aceite cuando los cilindros estn retrados, adems disponer de espacio para la expansin cuando elaceite est caliente.


La mayora de los tanques de equipos mviles estn localizados sobre las bombas. Esto crea una condicin de entrada inundada a labomba. Esta condicin reduce la posibilidad de cavitacin de la bomba (una condicin donde todo el espacio disponible no est llenado y confrecuencia partes de metal se erosionan). Al inundar la entrada se reduce adems la tendencia a la formacin de remolinos en la aperturade la succin de la bomba.La localizacin de un tanque de reserva afecta a la disipacin de calor. Idealmente, todos los tanques deberan estar expuestos al aireexterior. El calor se mueve desde la sustancia caliente a la sustancia fra; la transferencia de calor es mayor cuando hay una gran diferenciade temperatura. Los tanques de reserva son construidos dentro de los brazos de carga frontal y son muy efectivos en la transferencia delcalor.Un tamao comn de reservorio sobre una mquina mvil es un tanque de 20 o 30 galones usado con un sistema de GPM. Muchos sistemasde 10GPM operan con tanque de 2 o 3 galones debido a que estos sistemas mviles operan intermitentemente, no en forma constante.Para mquinas estacionarias, una regla de buen cubero es que el tamao del tanque de reserva debera ser dos o tres veces la salida de labomba por minuto. Un tanque de gran tamao es altamente deseable para enfriamiento. Las grandes reas de superficie expuestas al aireexterior transfieren calor desde el aceite. Adems, un tanque grande ayuda a sedimentar los contaminantes y separar el aire al reducir larecirculacin.Ventilacin y presurizacin. La mayora de los tanques de reserva son ventilados hacia la atmsfera. Una abertura de ventilacin permiteque el aire salga o entre al espacio sobre el aceite a medida que el nivel de aceite sube o baja. Esto mantiene una presin atmosfricaconstante sobre el aceite. Una tapa de filtro de tanque de reserva con un elemento filtrante, es con frecuencia usado como venteo. Eltanque se completa con un indicador de nivel, un filtro de respiracin que impide la entrada de aire sucio.Algunos tanques de reserva son presurizados, usando un simple vlvula de control de presin en lugar de una de venteo. Una vlvula decontrol de presin permite automticamente al aire filtrado ingresar al tanque pero evita liberacin de aire a no ser que la presin alcanceun nivel prefijado. Un tanque de reserva presurizado tiene lugar cuando el aceite y el aire en un tanque se expanden debido al calorConexiones de lnea. La bomba de succin y las lneas de retorno del tanque deben estar fijadas con bridas o mediante acoples de altaresistencia soldados. Los acoples estndar usualmente no son apropiados debido a que se dilatan al ser soldados. Si una lnea de succines conectada en la parte inferior, el acople se deber extender bien por arriba de la base, dentro del tanque; la suciedad residual noentrar a la lnea de succin cuando un tanque o regulador est limpio. La lnea de retorno deber descargar cerca de la parte inferior deltanque siempre debajo del nivel de aceite. La caera es usualmente cortada en un ngulo de 45 y el flujo apuntado hacia afuera de lalnea de succin para mejorar la circulacin y el enfriamiento.Una placa separadora (bafle) es usada usualmente para separar la lnea de succin de la lnea de retorno. Esto hace que el aceite deretorno circule alrededor de una pared exterior para su enfriamiento antes de que el mismo llegue a la bomba nuevamente. La placaseparadora debera ser de aproximadamente dos tercios de la altura del tanque. Las esquinas inferiores son cortadas en forma diagonalpara permitir la circulacin. Las mismas debern ser mayores en rea que el rea transversal de la lnea de succin. De otra manera el nivelde aceite entre el lado de retorno y el lado de salida debe ser desparejo. La separacin evita adems que el aceite desborde o salpiquealrededor cuando la mquina se est moviendo. Muchos tanques de reserva grandes son provistos con separadores transversales paraproporcionar enfriamiento y evitar movimientos excesivos del lquido.La posicin de los bafles dentro del tanque es muy importante (ver fig.2-7). En primer lugar establecer la separacin entre la lnea desuccin y la descarga de retorno.


En segundo lugar la capacidad de radiacin de temperatura del tanque puede ser incrementada si el bafle se coloca de forma tal que elaceite circule en contacto con las paredes externas como lo muestra la figura 2-7.Para sistemas corrientes el tamao del tanque debe ser tal que el aceite permanezca en su interior de uno a tres minutos antes derecircular. Esto quiere decir que s el caudal de la bomba es de 60 litros por minuto, el tanque debe tener una capacidad de 60 a 180 litros.En muchas instalaciones, la disponibilidad de espacio fsico no permite el empleo de tanques de gran capacidad, especialmente en equiposmviles. Las transmisiones hidrostticas en lazo cerrado, constituyen una excepcin a la regla, ordinariamente emplean tanquesrelativamente pequeos.Tener un tanque muy grande a veces puede ser una desventaja en sistemas que deben arrancar a menudo u operar en condiciones debajas temperaturas.Mantenimiento. Los procedimientos de mantenimiento incluyen el drenaje y limpieza del tanque de reserva. El tanque debera tener unfondo en forma de plato que est provisto con una conexin o vlvula de drenaje en su nivel mas bajo; este dispositivo de conexin debeestar empalmado con el interior del tanque para permitir el drenaje completo. En tanques grandes, las placas de acceso pueden estaratornilladas sobre los extremos para su fcil remocin y servicio. El tanque de reserva debera disponer de un indicador de nivel vidriadopara controlar el nivel de aceite y prevenir daos por prdida de lubricacin.Los reguladores en una lnea de succin pueden no requerir tanto mantenimiento. Sin embargo, el elemento de filtro de una lnea deretorno requerir cambio peridico. Por lo tanto, dicho filtro no deber estar dentro del tanque de reserva. Cuando un tanque de reserva espresurizado por aire comprimido, la humedad puede volverse un problema de mantenimiento. El tanque deber tener una trampa de aguapara la remocin de la humedad; la misma deber ser localizada donde pueda ser inspeccionada en forma diaria.

Accesorios para tanques.En la Fig.2-8 vemos un nivel visible para tanques, este elemento construido en plstico permite que el operador no solo verifique elnivel sino tambin la condicin de emulsin del aceite.


Tapa de llenado : el orificio de llenado debe ser cubierto poruna tapa preferentemente retenida por una cadena. En la figura2-9 ilustramos un tipo que usa una coladera para filtrar el aceiteque se verter hacia el tanque.

Los depsitos hidrulicos estn venteados a la atmsfera. Por ellola conexin de venteo debe estar protegida por un filtro.Cuando los sistemas operan en una atmsfera limpia puedeemplearse un filtro de respiracin de bajo costo como el de lafigura 2-10. Pero si se opera en atmsferas muy contaminadasdeben emplearse filtros de alta calidad capaces de retenerpartculas mayores de 10 micrones.


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