Transferencia simultánea de calor y materia
líquido - burbuja en platos de destilación
Zaritzky de Ghener, Noemí Elisabet
1984
Tesis Doctoral
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad de Buenos Aires
www.digital.bl.fcen.uba.ar
Contacto: digital@bl.fcen.uba.ar
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Transferencia S h m l t d w a de Calor y Materia LIquido- .,I .
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en- b t w b u j u indfridnalem. d e n t n dm lorn tk.lida ofimtentmm an p l c '
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cumpsiutos,
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3.9.4.B
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b ~ f b o j l c ,a*8.4.4.4 Veloeidad dm ,
8.8.4.4.9 - V o l r r s n y
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8.8.4.4.4 Cost icisnte d* f a r u f a r m k e i a
3.4 Conalunioaer
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trmrferencir de lateria para a1imtmr8or
do Ir b.urbuJrBI
4.3.9El
comfiaieate da trabaforencia demater&a 68
4.O.3 Re#oluai&n dm ,I& ecuacidn dif.rmci.1 60
4.3 Eatgdio mxporWnta1 T4
4.3.1 fntrododsiba 94
4.8.8 Mitodo dr madidr T 4
4.8 ,O
.
l Et~so4enom interpritef Svar dm 1 w t o d o4.6 d n i & i r i n dm l o r remaltdon . 10s
Wf W 6 YO- Y B T U I C O Dm PLICm lN U e S T f U l O N ,
. 6.1 04jetivom ' 10%
6.8 Plantao d e l modelo tabrido '108 1.8.1 ~ m p r i o i o m a qua inrolmera
108
U . 8 . 8 B a ~ i o n s ~ p w d a r e r i b e n s l r o d m l o 109 .6.8 Rerolueibn dm1 ri'.tema de seuaciomr feO
5.8.1 Sf mtslr do ecuncioner & l g s b r a i e r r 180
6.3.1.1 U g o r i t ~ o ' d m ciloulo i p l i o d o a1
mi#-.
original 101
6.t.l.O Reordenademto de lm eeuacionem l W
6.3.1.3 %itado i r d r ~ o o do bGqurda do
d ~ 0 8 18b
6d.8 S S m t a u dm muuaoi~naa difsrrncf &ism 131
.
6.3.P.B pr0& prinolp.1 132
6.4 M l b f i 4 ddl t & 1 0 ~ 1 4 184
6.4.1 Eleccf
bn
de 1IJrale. err lo. par-tmr
dm1 m i s t - 184putsdora
la8
8.6.1 MecoiBn 1.d m i a t e r a as5
8.6.8 RopdeWea firtoam de lor conpone*
tom do Ia
oerelr
1406.8.a.l Di&rrtro dm lor o+ificion del p l r t o 141
6.6.8.9
T l s a .
1. bmrbmjaar e i l c d o relo-o i s do u t e r i 4
6.6,4.1.& Coefieiaote internm da trmnmfmren-
a i r dm materia
Ue
6.8.4.g Cmafieientm de trmafmrenair d m c.-
lor 147
8.$.4.&1 Coeficieatm exteroo do trurafenm-
a i r da malmr 147
6.5.4.8.2 Cmefieirnte interno da tr-fere-
6.7.3.4 Yedrlo & _ i r o t - h l a o 188
5.7.4.t V u l i r c i h da 11 reairtencia futmma
i.1 E i i e i r n c i a en de8tihci88
1
Une ds 1.r pram
&
irpmrtmnt.a 7 rtmer megurma, dent-del diastim da oalmmmm de d e r t i l r o l & a , as
b
drtsrrrinrci&n de 1s rficisneis, eonsl
*bjsCe do mbtener e 1 ahere da platam eqdrrlsn-t s r r un8 etapa.de s q u i l i b r i + .
Emtr eftci*rcir, rspr8re~tr .1 rs8uitanbe d8 ua fsr.&meme u r f r s r d u e i t s cmmplejm memo 1. em
k
trwafersnoia a h u l t i r a a dm arler 7 rrterir en r i a f emmm dimpsrmea.tl
rbJstm dcl preasatm ttabaJm, .a rmlaeirnar l a eficitnc&rda uo p l a t 0 eem I r a fnn6mamm do interclubi* qau ti*mn l u p r *a burhdarn i d l r i d u a l e a aL uomndmr mm cmdioimnes ma i.*t;rrfou
rSmilrrem r lam srfatentmm en un -plate da dmstilreiin,
II
plmtsar prrr 01 mmdela citadm,lrr * c t w i + n r m dmtrue
f
erundr do rat s r i r 7 erlmr rprrsaaa eas ti c i met sa eaya srriua&rnmultr impremaindibXm,
Em
damtilrceiin, mm 80 pawls r i S m r pue l a remiStancia 8 latrmrfsrewdr raaidr a a PU
u
mtta fame, ya que'la .topa c m m t m l ~dmrc w a r i m a la h v g e dm 11 aelrlllla. ~ m t * pwde eq~Xicarae dm um
n d m w n o l i l * rS ae t i a u en aornta qor a 1 caeficieate globrl d+
tranmferencia d . ~ l t m r i h qw me h l l a I i r e ~ t m m i e l i g d a la
mf Lo&enoia,dmpende .n
dl.
dm 1.. o*.liok.mtma i u l i r i d u l e m . aim*tr~b~;n dm l a wndf eats da I. a-r d+ spui l i b r i m g m r ma .ma
nmpactm du
l a
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1ugw a i ma rlcmxrru e l mquilibrio tarrmdinhri a*.Gxiafen t r s r d r f i m i e i * m r dm r t i d m a c l i qus a t amrr hrbi- f lrvlrtsatc s
a) Efieiarota CeCair X o f & d d r par el cmeiaate satre el n&- r t o da e t r p u dr q q d l i b d *
er
umr, -1.8 1 01 n h r u real drplater.
b) Eflci~ncia de Yurphreem
E.ti
detemsnda para PI #olea 1 eacisntm ertrs e l o u b i m em
la
mmmprmfai6n d e l raper qru &rr-r i e r r a 1 plrtm, 7 a1 sllnbie qua huhi8.s tenid. lqar r i
el
t e t d6 1 vapr qtla .ale d a l plat. aaturiarr en equilibrSm omn e l
IS-
quid* qw arl. del rim.a ) Wioirmeir l o e d ~ ~ l .
aiiairnefr
leoal d r l +.pot .ala
psrtir
del a d i o enl a
mmporioibn d e l v a p w q ~ r r t r a w i e u1.1 vapor rremukta
d n
d o m e qm para liqaido.Rmlauiba antre la eff oimnair dm MPrpbree T 1s mfiaiero&a lo-
firl
dm
aorporia&6n,
PPsde
m a r a m por lo t a n t o qtls lo aompnI-d b n
dm1 liqoido qos M o n ael
plato oomrpo& r f a d+l prspfoplsto.
8 m t m c u o
Is
efioieneir l o a d yla
de Yurphrea eoinci- deb* qui todarlea
b u r b m j ~ do1 pl8to me oonporblrn m f o r wd l o p sl panorre en oontauto eon uh liquid*' q ~ o M h d l a
en
lamliqaido em a 1 plrto, y g9s on otror crmom inalqem m 1 arrrrtrr dm liqoido por a 1 v r p r .
Faetorer quo sfeatan I r off ciencia
t o m frcformm q ~ s Meetam ir e f i a i e a e i r de plato ina1qj.n priaaipl-aak lu rm8trCenaiu
&A
trmamporke dm m i o r 7 u * m r i r ,an
l u f u e a l l q o i d o 7v w r
ooro
a1 armatre do If qrf do porA
ru r e r eatam fretmrua depndmr be I r a prmpiaddsa f1Lmlcamd e L a t r t s r r , d r l direfir dsl plmta 7 do lr f l u i d d i n b i c a dm1 mime. Er r b i e qm t e d r wen q~ I E t r a t e da e p t l d s a r la eficiencia
b
l
plat*, mar& receruim pr*fundisu e l satudia do1 m m c m i m a datrannferencfa s n t r a . l u bprbrrjar dm rrpmr 7 e1 liqddm oiruuadm-
fa.
En
ua rirttnr tan c - p l i e d * o . r r +I de i n t e r c u b & * en un p l r - t* en m e c e r r r i a dm8lmblrr Irm d i ~ t i n t r a t t r p r a gfi4 tienan log-.Barner ( l ) , pmmtttli l a eld8temair de trsa m n r r du trmrfe-
remafir I s mrterir ea un plat* de dmmtiliciSnt
r )
Fmrraoiin d* I& boxlbuj8.b) I.ceum dm1 vapor am 81 l S q d d . 7 f e i r 8 c i h d+ em-.
a) O * t i t u liquidurn u r u t r d r a pmr
OR
.raparelr zmnr do feruei6.n de burbujrm, l r rnergfa ofnitiur dml
8
.
+ a p r ~ ~ C M Q * raj,idamento f gram a a a t i d d dt rnerfiama
diaipa enturbulencir. La Crraaf erencia da ratmrir e r h p i d ~ .
La smn* do u o s n r e d e l rapr r u e m t t m diadint*. e r t m c t u r r r
dmpomdieadm de l a erfmtsnci.a am do emprrm p do I r r s l m a i d d de la amrriente ds r a p t .
La
amad de .pray l i f i e r m de Lur d.8 r n t e r A a r s r en el h e c bI r quo aquf e l raper omartitup 1a farm o n t i m a r , term gatitar
am.
prdmddrm pmr lu burbujum qua me r.rp+r en e l tap. 4s Ir re-
gi3a & m o p 8 7 man cmnducidrr per la cmrriaste gaaemna umm
d i a t r a c l a tal, qua dapcnd. d.1 di&atr. de 1..
gmsu
de m. tnerd&
elaitltr i m S t i r l ,A
b r j r r + e l e c i d d s r del raper amtr son. rr em da gram irpmr-t~llcir para la traaafrrencir dm - r r .
A
r l t r a r e l m o i d u l e ~ do1 r r p a r r e tarn8 d i f f c i l &*par= 1-n d * = r
b) 7 a).Em cmndiaiaasa ~ r m s l e a de mpsrrciir dm lmr p l r t a a sl arr.8-
cmtribueiaasr 1. t r a n r f t r e u ~ i a da mmr
rcurran
en I r a r*gioncr4
fb).
E l prsasate e a t d i m r e rertrinm r I a r prace8er quo ~iemmr
1w.r
drrmnto el aacsnam d e l r q a r t r a d n d a l l i q u i d . em plat*.en 1.8 que ne hry f e m * c i h ~ de asp-, aupmniind*me dsapreofuble
e l f nterernbim dm erlmr 7 rateria d u r u n ~ e Ir fmrwd4n d m
h m
bur-bajrr,
1.P.l Deft*iciia dsl c*sfioiamta de trrrufmrercir da rataria
(
g)
81 praosae I t demtilrciin pwdm u a r p l i f t carm em mxtremmmrlierlldm Ia trrufetsmeim d. l o r wmpraemtmr que o m r r t i t ~ r l a
u q e l a r trarbm r e 1. iaterfam. q l u a e p m el lsquid. dsl rapar. tl
vrpr
qua i m q r o r r 8 pa plmtm m e u l q u w e dwmtmam
uoeame *a e 1 e ~ p m n e n t ad m
v . l & ~ i l dmmtrra qw a 1 carpmn*n%eI+.*# rmlitfl vrm a1 iiqddm,
S. *ata#l.aen entmomm, p r i i 1.8 imateat& em dm c m m ~ a t -
Q,
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un mirtumm om- el deaoribe hay t r s r rerimtsmeirn q ~ r mempmmsn 81 am*irStntm dm ruw aapecimt
r ) ta fime gaamoaa.
b)
La
fa- L l q d d ~ .c )
La
i n t e r f a r e em ad.E* general, la renimtmmoia qua mpmm l r iatmrfrao er dm* precimblm ' m a h a a u d m an e l l a me s.nc.mtrm ru Gwim..tir.
euuda 1. r e l * c i d d da trurfsrsncia de m a r em e l n J a ,
I
Sebraga (3) a o n f i m emtr
aup.aioi6r
prrtir dr canmidr- r u i m m m m Imirioam 7 ms~aaLanem para la t s l a c 5 d d de trurferer-elm en 1. imterf ma*, mmemmtraadm qua all{ 1. &xima rcdmtmmcia
o q m h r l s r 35 d* lr fmrtr iapuhera taCa14 ralmre.
~ w r d -
Iwata .am mucbm meaarrm p.t 1. f a a t e la r u p a i r i i r a d a p t a h 08 em-
m o t
*.
Em la irterfrrm
lu
sampmmieianea del 1SqPida 1 sl rapr e m t h m i t o r r r l r m mbrm la cvrnr da equilibria. Para e l c~mpo~satsA
p d s exptslrarret
ha r s l m o i d d I a truufereacia do materia ae exprsrr en fun-
oiSn ds un c+effcieats dm .trc~rfemncir en la fame o*naiderdo 7
1. diferaacia dm e~~mctntraaiitl H d i c h . fare.
Curnde
.
1
trarrfmrastia dm mtsrir m r baJr Ik d m qlu w.a dintarmimmmr Imr ~ r f i l . 8 da r e l e a i d 4 7 omnce~traeiir pwdm ds-
fimirme e l a m ~ f i o i e m t a 10 trrarfmraroir em t i d n m m do I r orrpmai- d i n dal liquid. r partir da Ir r i g d o a t e axpre&iir :'
El
prirsc tihmino dot megumdm denbra repremeatr e l rprtm dlfnnirm a l a trarafsreacia de uutetir, 7 e l repmdm t;raiae el &pert@ cmmectire.Nh
e el flujm mluam
1. i m t o r f u a del o a n p e n s ~ t ad m
r*litil 7 me hmllr df rigid* hmir I& fane r a p t .
en
ombim, am 01 floja aalu em Ir intarfar. d e l om-pmnente menam + m l k t i l 7 me dofime een actntide e.thtrarIe a1 de I4 d. qma me hall. dirk @d+ hacia 01 iateriar de I r Pam l i q u i d y
eato 8 . elaotivm prr a1 uorL aparecc el agpm negmtive pmaedle-
dm a1 flujm H~, en 1. e ' p n s i i n (1.3).
El flrrja de A pwdm exprerarre t u b i i n err t 4 d n m m dm Irc *.ti
pmatul6n del +*par de romerle mar I* ai@mato igm4drd
:
lam parciale~t
I 'Ae
-
yb*O
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Yfi ( 1 4 )'b
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-
e l rerdmdem punto de interfrm*(
s&
'
fAa,
con
01 fieticto (
yb
,
sfi ),*iiia.do
en 01 ~ i i c ~ l o de 1.rue-8
Smpuluors global do la fame gaaeorr y 81 r m a p l a s a n an (1.11) I r r eaaacione8 (1.8)
,
(1.9) y(1.10) mm o b t i e w la relacido d+1a expfsrf
6n
d e lwefSai
ante g l o w rprrswa nor6ao
l o rm f i e i a n t . ~ IPal~ldmatea de uada f u * nino
taabtmn
l
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w n o + a f ndodo.
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i a t ~ r i u m j Ir P O d f m n f 8 d+ Ir 8-a & ~ u f l i b r f o ,lr
n l d h
dm
lo.fluJon
-wXsnr dm -8 a a p o l ~ ~ n t e a ,E . f a
euuaai6n
r e aimplifior, en r l m o m m e a p u t i d a m .-%tadem
ral.ttvw
de lr* rarirtenciam en Irm p.lf sol- liqpfda y geaeoma depemdea flraamntahntm dm1 ralmrd.
lam ral- ?hiantma dm tritufmroncir 7 do1 valor der
.
L%,f Modeler wncillom q ~ b iatermmt& 81 l d m ~ m . dm BE Imstilaui6m
1.8.42.1 M-lo b r a d o
ek
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tmoria a l i r i mOlltieodo &a mori$- dm1 a d u l t
om
A
1. .cruroibm(l. 14) mmimtegra de la s i ~ i e n t e -or&: para a 1 plato
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rdondm r e bra aonridarado maatamtern
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+1 t i e r 91 t-a da 18-$a, e l comficiente global, l r eanmntrref9n total y la rrlaei8n
d. flmjon; con t H ha d e a i m o el tfmpo de c o a t d o . fi
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(
la
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relevantes trabajon nobra t-fmreaoir dafor
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vrporme &bide
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e~n$I,mb
1- ahm~amiomos y aatudi on S n i o i d o m porMmhwdci 7 W t h (6)
wbm.
l o r m f oat08 t4lrrioom an l a rmottflaa -8 U m .
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l a f4.i. formo r8Pt-2. l e h s burbujos en4
t d d n a s1
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(9) efmmt-ou
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agaa mnoontirade que ;rtu runamf6lricu barf.
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gp el rnttdfo pare Irc obtoacibn de1 ooeficiente mxterno mm
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v a l o r rcmptn4le rmmpseto ai p m p ~ r a t e . Lueep, d = 0 ,
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O m 7 Uotnrr (IM
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m.nrfbilidnb do1 d t o d e fmtogrifico 9tllissdo an eI eat*d i m , mgIatr&o la mspa~.i&n que mfrm umr burbujr qor radmrdo
ra uma eol- liquid., em eondioionur & r o t i d c a a y aim trrarf*
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Emte r a s n t o dm vol-a 8@ produels debidm r qua I r pru&i&n destro de Ir bmrbtlja d t d n m r * llrdidrc qua o a t s
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a i r c u l u
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qaa or'igiarba'mr
forma
irrrtaatbma I r robrrpm8ibn nquorida para I r rparfeidn
dm una 6afca borbnjs en m L orif&alo
de
u l i d y 1. perforaoibn pro-&maid& por I r jmrtnga e i 1s gQu rr aerrmb8 d me+ mtirde i r agm-
jr*
pod0
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nfiutema era demntablo que as roru8ba en lr bsae-
dm la ool-b
qua p e m t t h podsr 8-iar la8 p l r a a r perfordmpats la .slid& da Ism burbudam y rerim dm mot* d o a1 d i b r t r o
Be1 ~ r f f i ~ i ~ ,
Para tomar 188 f o t o p f i a r
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mraa laterale. 7 psaterior dm la col-a ae cubrieroa con papel blaaao; qoe h i s o lrs veoem de1 0 -
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Urn t o t o p r f i ~ a ftrrmn tarador coa ma o h m Mnica 8%-I
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Em eIlaa rpamoiso
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e n u l a d mliderlar a la oollmtla quopmrsyeron l a Snforrockbn acerca dm 1~ locrlirrcibn de la b m r b
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de1 t m d o de l a rimr.E l primmro
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u t i l i s a o I rmS@ente +xpreeibn 8
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e h o o l o de t o l ~ . e a B e hiao arhilsado Is burbrjr mnm.-
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B e t a conmtituga una buenr cproximrciin g e e t r i ca.Hnallsmte el r o l w n de Is h r b u j r . . r e obtmo a p n r t i r das
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*:..-Sobre lr "ii:mtogrsfir me midieran loa es8 *or 7 osnor, r m -
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ido por burbudsr iadi+id~alem de d i b d d o da arrbono, ger p c e molw
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a = n b m total de ~ r a l s a qua toman I& burboja.
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m a t i dadn psr Ir eco*oSbn (b.n), eon0
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derprrctsblo fmnte s 1a w i d r d dobido & la bajo rolubfilidad&
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Coro la burbnja e a t & f a m e por
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rolo collponentr 80 d t mSA a p m i c i b r dal liqaid* ma la taCmrfara m
k.18.
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medida do ,r ae hiro tqmbidn l o t o g r ~ f i c s o e n t e regAmtruulo y midiendo lr trmyectod& denripta por 1. btarbujm d u r ~ n t e un t i e po d i mpcrtrua d e l d i a f r a m de 1. c k o de 118 ncg.La i l m i n a c i 6 n en este cnmo foe provirta por m c ldoparr traa-
l6eida con filament@ de tungateno de e00 xrttm colocada en La parts
auperior dsl rimtemr.
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toman fofogr6ficr8 8 m efectuamn 8 d i r t i n t r a alturrm ds I ncoltrenr eomprob6ndo~e la conatancia de lo velocidnd de r a c e n r o a
lo
largo de la mima. .
Lor, datos que surgieton par eetm v i a fueron contrvmtdor con
valorem de relooidad obtenidoa cronmmetresndo el tiempo t r a n ~ e w i d o ' J
para que 1~ b t ~ f b a a recnrra d e t e M n s d s dirrtmeis,
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