ES2205010T3 - Procedimiento y disposicion de aparatos para el calentamiento y desgasificacion de fases multiples de agua. - Google Patents
Procedimiento y disposicion de aparatos para el calentamiento y desgasificacion de fases multiples de agua.Info
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Abstract
EN UN PROCEDIMIENTO PARA CALENTAMIENTO Y DESGASIFICACION DE AGUA DE UTILIZACION POR MEDIO DE VAPOR EN UNA INSTALACION DE GENERACION DE CORRIENTE SE CALIENTA SEGUN SEA NECESARIO EL AGUA DE ADICION PRIMERO Y A CONTINUACION SE ELEVA HASTA LA TEMPERATURA DE SATURACION, DESGASIFICANDOSE A CONTINUACION. EL VAPOR UTILIZADO PARA CALENTAMIENTO Y DESGASIFICACION ES VAPOR DE EXPANSION DE UNA TURBINA DE BAJA PRESION, QUE EN EL CALENTAMIENTO DEL AGUA DE ADICION SE CONDENSA DE FORMA CASI COMPLETA Y SE GUIA DE NUEVO AL CIRCUITO DE VAPOR.
Description
Procedimiento y disposición de aparatos para el
calentamiento y desgasificación de fases múltiples de agua.
La invención se refiere a un procedimiento para
el calentamiento y desgasificación de fases múltiples de agua
adicional por medio de vapor en una instalación de generación de
corriente. Se refiere igualmente a una disposición de aparatos para
la realización del procedimiento
El consumo de agua desmineralizada desgasificada
en centrales eléctricas de uso combinado y en centrales eléctricas
industriales es muy grande. Esto conduce necesariamente al
tratamiento de cantidades considerables de agua adicional con objeto
de la reposición de las pérdidas. Se conocen en este contexto
configuraciones especiales de condensador con precalentadores mixtos
/ desgasificadores, que están en condiciones de calentar y
desgasificar cantidades de agua adicional hasta el 70% de la
cantidad evaporada. Normalmente, en las centrales eléctricas de
condensación clásicas no se inyecta directamente en un condensador
más que del 3 al 5% de agua adicional, con relación a la cantidad
evaporada. No obstante, la inyección masiva de agua perjudica la
presión de condensación, puesto que el haz de condensadores es
impulsado con agua externa, es decir, agua, que no procede de la
condensación. La pulverización directa de agua adicional en el
condensador conduciría, en virtud de las grandes cantidades de agua
mencionadas, a un rebosamiento de los haces de tubos. Sería
inevitable una pérdida de vacío, lo que representa un perjuicio
considerable de la función del condensador.
Actualmente se lleva a cabo un calentamiento y
desgasificación convencionales de grandes cantidades de agua con
valor de baja calidad energética, siendo perjudicado el rendimiento
general del proceso de la central eléctrica solamente en una medida
mínima. Para cumplir este cometido de acuerdo con la práctica
convencional, se instalan sobre el condensador columnas de
empaquetadura, en las que, utilizando vapor de escape de las
turbinas como agente de pulverización, se lleva a cabo la expulsión
de los gases disueltos en el agua adicional. En este caso, se
mantiene la presión necesaria del condensador con la ayuda de un
grupo adicional de aspiradores.
A la entrada del agua adicional la mayoría de las
veces irrigada en las columnas de empaquetadura accionadas a
contracorriente, este agua adicional presenta, en general, frente
al vapor pulverizado, un sobreenfriamiento de 10ºC a 18ºC. Pero una
condición necesaria para una desgasificación ideal en una columna
de empaquetadura es aproximadamente un equilibrio térmico entre la
fase líquida y la fase de gas. Por lo tanto, debido al
sobreenfriamiento indicado, la evaporación debe llevar a cabo en
primer lugar la saturación térmica del agua adicional. Cuando tanto
el calentamiento como también la desgasificación deben realizarse
en una columna de empaquetadura, debe diseñarse en una medida
supradimensional debido al peligro de desbordamiento posible de la
sección transversal de las columnas de una empaquetadura de este
tipo. Pero el diseño de una columna de empaquetadura para la carga
mencionada va unido con grandes costes. El vapor impulsado durante
el calentamiento del agua que fluye hacia fuera de manera ineficaz
a través de una columna de empaquetadura de este tipo se pierde
irremisiblemente en el circuito de vapor de agua, puesto que
solamente se realiza una desgasificación eficiente, como se ha
mencionado, después de una aproximación de la temperatura del agua
adicional al vapor pulverizado menor que 1 K. Por lo tanto, es
necesaria la instalación de otro grupo de aspiradores en un circuito
de vapor de agua cuando la columna de empaquetadura se emplea
también para el calentamiento del agua adicional.
Una desgasificación efectiva se caracteriza por
un margen de desgasificación en O_{2} de 10000 ppb (partes por
billón), es decir, que el estado de saturación del agua con aire
atmosférico y a temperatura ambiente se reduce a valor de ppb de un
dígito, como por ejemplo 5 ppb.
Por lo tanto, el cometido de la invención es
desa- rrollar un procedimiento y una disposición de aparatos
correspondiente para la realización del procedimiento del tipo
mencionado al principio, con el propósito de que se mejore
energéticamente el calentamiento y desgasificación del agua
adicional por medio de evaporación y, por lo tanto, sea de precio
más favorable. Al mismo tiempo se pretende la reducción de la
pérdida de vapor pulverizado a través de la aspiración durante el
calentamiento y la desgasificación.
Según la invención, este cometido se soluciona a
través de las características de las reivindicaciones 1 y 2.
Por lo tanto, el núcleo de la invención consiste
en realizar de forma separada el calentamiento y la desgasificación
de grandes cantidades de agua adicional por medio de vapor de
escape de baja calidad, puesto que la desgasificación es conveniente
desde el punto de vista energético y económico exclusivamente en el
estado saturado térmicamente del agua adicional, por lo tanto
aproximadamente a la misma temperatura del agua adicional y del
vapor de escape.
Una primera forma de realización de la invención
se caracteriza porque se realiza en primer lugar exclusivamente la
saturación térmica del agua adicional casi totalmente en conexión
consecutiva de un transmisor de calor de película de caída y de un
transmisor de calor de intersticio de envolvente, antes de que
tenga lugar la desgasificación en una columna de empaquetadura. El
desbordamiento de una columna de empaquetadura se excluye a través
de confluencia que tiene lugar en ellas del vapor pulverizado y del
agua adicional atemperada a la misma temperatura incluso con una
sección transversal de la columna comparativamente pequeña. Esta
forma de realización es especialmente adecuada para una
transformación de una central eléctrica existente a una normal
nueva.
En una segunda forma de realización de la
invención, el calentamiento esencial del agua adicional se realiza
en un haz de tubos adicional de un condensador, y a continuación se
realiza la desgasificación exclusivamente en una columna de
empaquetadura o en un desgasificador de película de caída. Esta
variante de realización es especialmente adecuada para el empleo en
una instalación nueva.
El nuevo procedimiento y la nueva disposición de
aparatos se caracterizan porque en comparación con métodos y
circuitos convencionales, se incrementa el rendimiento general de
la central eléctrica, puesto que se emplea vapor de escape de baja
calidad para el calentamiento y la desgasificación, que se condensa
en este caso totalmente y se mantiene en el circuito, descargándose
al mismo tiempo el condensador.
En el dibujo se representan de forma esquemática
dos ejemplos de realización de la invención con la ayuda de un tren
de precalentadores / desgasificadores para agua adicional en una
central eléctrica. En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal
parcial a través de un condensador con un transmisor de calor de
película de caída conectado aguas abajo, un transmisor de calor de
intersticio de envolvente con una columna de empaquetadura y con una
unidad extractora de condensador.
La figura 2 muestra una variante de realización
de la invención.
Solamente se muestran los elementos que son
esenciales para la comprensión de la invención. Las direcciones de
la circulación de los medios de trabajo están representadas con
flechas.
En las centrales eléctricas con desacoplamiento
del calor o consumidores de vapor, como por ejemplo sistemas de
quemadores con inyección de vapor para la reducción de las
substancias nocivas o para la elevación de la potencia, se pueden
consumir hasta el 100% de agua, con respecto a la cantidad de vapor
de escape, en el circuito de vapor de agua. Por lo tanto, debe
agregarse agua adicional continuamente al circuito de vapor de
agua, que debe adaptarse, sin embargo, previamente a las propiedades
substanciales del condensado en un condensador. Los dos criterios
explicados aquí son, por una parte, el porcentaje de los gases
inertes disueltos en el agua adicional y, por otra parte, la
temperatura. Para la cantidad de gas inerte disuelto en el agua
adicional es característica la concentración inicial en O_{2} de
10000 ppb (partes por billón) en condiciones ambientales. Este valor
de la concentración debe reducirse antes de la entrada del agua
adicional en el circuito de vapor de agua de una central eléctrica
hasta un valor de ppb de un dígito.
La desgasificación se realiza en dos fases, y se
inicia con la desgasificación por expansión inmediatamente después
de la pulverización del agua adicional a una cámara de vacío. La
expulsión del tipo de explosión que se produce aquí de porciones de
gases inertes se puede caracterizar describiéndola con "efecto de
champán". De una manera óptima desde el punto de vista térmico,
se lleva a cabo a continuación, en una segunda fase, la
desgasificación de agua adicional en estado saturado de una manera
puramente cinética del material. Esto significa que vapor de aclarar
y agua adicional con la misma temperatura son conducidos en
confluencia en un aparato de contacto de gas y líquido de tal forma
que a través del transporte difuso sobre la capa límite de gas /
líquido se expulsan los gases disueltos. A partir de ello se puede
deducir que los dos procesos de calentamiento y desgasificación del
agua adicional se desarrollan entonces de una manera óptima desde
el punto de vista energético y, por lo tanto, también desde el
punto de vista económico, cuando se realizan de manera separada uno
del otro. Por lo tanto, el ciclo del procedimiento del tratamiento
del agua adicional se inicia con el calentamiento, hasta que se han
alcanzado aproximadamente las condiciones de saturación, y termina
con la desgasificación sobre una base puramente cinética del
material antes de la mezcla del agua tratada con el condensado del
condensador.
Puesto que los dos procesos de calentamiento y
desgasificación de grandes cantidades de agua adicional se
desarrollan de una manera en gran medida aislada y sucesiva, la
descripción con la ayuda del dibujo se estructura de una manera
similar.
El calentamiento del agua adicional, con un
sobreenfriamiento de 18 K y más, se realiza esencialmente en tres
etapas. Como se representa en la figura 1, el agua adicional es
conducida a través de un conducto de alimentación 2 a una válvula de
3 pasos y allí es distribuida en primer lugar en una corriente
parcial menor y una corriente parcial mayor. La corriente parcial
mayor del agua adicional comprende aproximadamente el 90% de la
circulación total y la porción menor comprende de una manera
correspondiente aproximadamente el 10%.
La corriente parcial menor es alimentada a un
extractor de condensador 3 dispuesto verticalmente, que presenta
dos regiones espaciales separadas una de la otra. Una de las
regiones espaciales comprende dos cúpulas 3a, 3b, que delimitan por
arriba y por abajo al extractor de condensador y que están cerradas
en sí, las cuales están unidas entre sí por medio de un taladro
vertical 4. La segunda región espacial se encuentra entre las
cúpulas 3a y 3b cerradas y está delimitado por la pared interior del
aparato extractor de condensador 3. La corriente parcial menor es
introducida en la cúpula superior 3a y circula por el taladro 4
dispuesto vertical hacia la cúpula inferior 3b. En el lado de la
envolvente, el taladro 4 es impulsado con vapor pulverizado en el
sentido opuesto de la circulación hacia el agua adicional que fluye
en el interior. El vapor pulverizado está enriquecido aquí con gases
inertes del agua adicional. Circula a través de un tubo de entrada
de vapor 7 por encima de la cúpula inferior 3b hasta el extractor de
condensador 3 y es impulsado a través de un grupo de aspiradores
27, que está conectado, por debajo de la cúpula superior 3aa, en un
racor de aspiración 6 dispuesto allí.
Debido al sobreenfriamiento del agua adicional en
el taladro 4 se condensa casi totalmente el vapor pulverizado y es
separado de los gases inertes. Este proceso es intensificado por
una disposición de deflectores 5 en la región superior del extractor
de condensador 3, es decir, en la proximidad de la cúpula superior
3a. Después de esta separación de las fases, el vapor pulverizado
completamente condensado se acumula como condensado 8 por encima de
la bóveda 3b y los gases inertes con una porción reducida de vapor
residual son eliminados del sistema a través del grupo de
aspiradores 27. A través de esta condensación casi completa, de una
manera ventajosa el vapor pulverizado se mantiene en el circuito de
vapor de agua, se calienta el agua adicional en el taladro 4 y el
grupo de aspiradores 27 permanece prácticamente no impulsado por la
corriente de volumen de vapor.
La corriente parcial menor del agua adicional
mencionada anteriormente es alimentada de nuevo ahora a la
corriente parcial mayor en un punto de mezcla 28. Todo el agua
adicional circula a continuación a través de un racor de entrada 10
a un aparato dispuesto también verticalmente, que presenta tres
regiones sobre su extensión longitudinal vertical. La parte inferior
está configurada como una cámara de admisión de vapor 14, que está
cerrada hacia abajo con una bóveda. La bóveda funciona aquí como un
recipiente colector 16 para agua adicional calentada y
desgasificada. Por encima de la cámara de admisión de vapor 14 se
conecta un transmisor de calor de película de caída tubular 11, que
está delimitado por dos fondos de cierre 11a, 11b y por una pared
de aparatos, y presenta un taladro 13 dispuesto verticalmente entre
los fondos de cierre 11a, 11b. Este taladro 13 conecta la cámara
inferior de admisión de vapor 14 con una columna de empaquetadura
23 dispuesta por encima del transmisor de calor de película de
caída tubular 11, que está rodeada por un transmisor de calor de
película envolvente 22.
Por lo tanto, como ya se ha mencionado, toda la
corriente del agua adicional precalentada por la corriente parcial
circula a través del racor de entrada 10 por el lado envolvente del
taladro 13 hacia el transmisor de calor de película de caída tubular
11.
El agua adicional circula desde el racor de
entrada 10 dispuesto en el extremo inferior del transmisor de calor
de película de caída tubular 11 hacia el racor de salida 21 en el
extremo superior. El recorrido de la circulación del agua adicional,
que se extiende verticalmente hacia arriba, es prolongado a través
de deflectores 12 dispuestos horizontalmente en el transmisor de
calor de película de caída tubular 11. De esta manera se prolonga
igualmente el tiempo de residencia para el calentamiento del agua
adicional en el transmisor de calor de película de caída tubular 11.
El calentamiento se realiza por medio de vapor de escape de baja
calidad, que es alimentado a través de un conducto de vapor 15
horizontal desde un condensador 19 de la cámara de admisión de vapor
14. El vapor es conducido a través del taladro 13 hacia arriba y
calienta en este caso una película de agua descendente del
transmisor de calor de película de caída tubular 11. Esta película
de agua transmite entonces su contenido de calor parcialmente a
través de las paredes tubulares del taladro 13 adicionalmente al
agua adicional que fluye en el lado envolvente.
La última fase de calentamiento del agua
adicional tiene lugar en el transmisor de calor de película
envolvente 22 ya mencionado, que está conectado por encima del
transmisor de calor de película de caída tubular 11. A tal fin, el
agua adicional circula desde el racor de salida 21 a través de un
conducto en primer lugar en un canal anular colector inferior 22a,
que pertenece al transmisor de calor de película envolvente 22.
Desde allí, el agua adicional es impulsada a través de un
intersticio de 4 a 7 mm hasta un canal anular colector superior
22b, realizándose una transmisión de calor desde la columna de
empaquetadura 23 envuelta hacia el transmisor de calor de película
envolvente 22. Con esta fase se termina el calentamiento del agua
adicional. El agua adicional presenta ahora en el lado de salida un
estado aproximado de saturación, es decir, que la delta de la
temperatura entre el vapor de escape procedente del condensador y
el agua adicional calentada es solamente todavía aproximadamente 0,5
K teniendo en cuenta las pérdidas de presión en el lado del
vapor.
La desgasificación del agua adicional calentada
se inicia pulverizando el agua adicional por medio de un
dispositivo de pulverización 24, que está conectado con el canal
anular colector superior 22b, por encima de la columna de
empaquetadura 23 y desgasificándola en este caso por medio de
expansión espontánea. Al mismo tiempo se pulveriza condensado 8, a
través de un ciclo de condensado 9, procedente del extractor de
condensador 2 a través del dispositivo de pulverización. En el
principio a contracorriente, en la columna de empaquetadura 23 se
encuentran el agua adicional que es regada desde arriba y el vapor
de escape que circula desde abajo. De esta manera, se inicia y se
mantiene la desgasificación cinética del material. El estado de
saturación del agua adicional posibilita la expulsión sencilla de
los gases inertes desprendidos, como se ha explicado ya al
principio. Puesto que la columna de empaquetadura es utilizada aquí
exclusivamente según su función como desgasificadora, su diámetro y
su volumen de empaquetadura se pueden dimensionar en comparación
claramente menores que en aparatos, en los que la columna de
empaquetadura tanto debe calentar como también desgasificar. Con
relación al volumen, la columna de empaquetadura empleada aquí es
aproximadamente el 75% menor que una columna de empaquetadura para
una función doble forzada. Una columna de empaquetadura menor de
este tipo es, naturalmente, de precio correspondientemente menor,
excluyendo totalmente el peligro de un rebosamiento, como puede
aparecer en el caso de impulsión de columnas de empaquetadura con
agua adicional sobreenfriada.
El agua adicional que es regada desde la columna
de empaquetadura y que está parcialmente desgasificada aquí es
calentada de nuevo ahora por medio de vapor a través de un
dispositivo de cesión de película 20 sobre una película de caída
tubular en el taladro 13, puesto que ha cedido energía térmica en
la columna de empaquetadura 23. Para una desgasificación adicional,
se acumula en primer lugar el agua adicional calentada en la
película de caída tubular en la bóveda de la cámara de admisión de
vapor 14. Desde allí el agua adicional es alimentada a una bandeja
17 en una pared del condensador, que conduce el agua adicional a
continuación por medio de un dispositivo de cesión de película 18 a
lo largo de una película de caída de pared al condensado del
condensador. A través de esta medida se lleva a cabo la
desgasificación final del agua adicional, que presenta ahora una
concentración característica de O_{2} de aproximadamente 5 ppb,
teniendo en cuenta que todos los otros gases desprendidos, como
N_{2}, CO_{2}, etc. han sido expulsados igualmente.
El vapor de escape procedente del condensador y
utilizado para el calentamiento y la desgasificación arrastra
consigo, por encima del dispositivo de pulverización 24, todos los
gases expulsados a través de un conducto de vapor al extractor de
condensador. Como ya se ha explicado, aquí se lleva a cabo una
separación de los gases expulsados y del vapor de aclarar a través
de una condensación que se utiliza al mismo tiempo para el
calentamiento de agua adicional
sobreenfriada.
sobreenfriada.
Una segunda forma de realización según la
invención se muestra en la figura 2. La diferencia esencial en
comparación con la primera forma de realización, es el procedimiento
para el calentamiento. El calentamiento del agua adicional se
realiza aquí de una manera determinante en un haz de tubos
adicional 29 del condensador 19, con lo que se substituye el
transmisor de calor de película de caída tubular 11. Este haz de
tubos 29 se puede realizar aquí como componente integrado del
taladro del condensador. El agua de refrigeración utilizada en un
condensador presenta en el lado de aguas abajo, en general, una
graduación de 2 a 3 K con respecto a la temperatura del vapor de
escape. Puesto que el agua adicional alimentada al haz de tubos
adicional 29 es de 2 a 3 K más caliente que el agua de
refrigeración, este agua adicional presenta en el lado de salida de
la corriente aproximadamente la saturación deseada.
Sin embargo, el calentamiento de acuerdo con este
segundo ejemplo de realización solamente se puede aplicar con
preferencia durante la proyección de una instalación nueva, en
cambio el primer ejemplo de realización según la figura 1 puede
encontrar aplicación también en las centrales eléctricas
existentes.
Una ventaja decisiva de las formas de realización
según la invención es que a pesar de la cantidad grande de agua
adicional, a través del aprovechamiento óptimo de las medidas de
calentamiento y desgasificación y combinando aparatos adecuados
solamente se necesita un grupo de aspiradores 27 para el
acondicionamiento del potencial impulsor requerido.
Evidentemente, la invención no está limitada al
ejemplo de realización mostrado y descrito. Según la invención, es
concebible, por ejemplo, igualmente una combinación del
calentamiento por medio de haces de tubos 29 y transmisores de calor
de película de caída tubular 11. Una variante según la invención
sería también una substitución de la columna de empaquetadura en la
figura 2 por un desgasificador de película de caída.
1 | Válvula de 3 pasos |
2 | Conducto de alimentación |
3 | Extractor de condensador |
3a, b | Bóveda |
4 | Taladro |
5 | Deflectores |
6 | Racor de aspiración |
7 | Racor de entrada de vapor |
8 | Condensado |
9 | Ciclo del condensado |
10 | Racor de entrada |
11 | Transmisor de calor de película de caída |
tubular | |
11a | Fondo de cierre |
11b | Fondo de cierre |
12 | Deflectores |
13 | Taladro |
14 | Cámara de admisión de vapor |
15 | Conducto de alimentación de vapor |
16 | Recipiente colector |
17 | Bandeja |
18 | Dispositivo de cesión de película |
19 | Condensador |
20 | Dispositivo de cesión de película |
21 | Racor de salida |
22 | Transmisor de calor de película envolven- |
te | |
22a | Canal anular colector |
22b | Canal anular colector |
23 | Columna de empaquetadura |
24 | Dispositivo de pulverización |
25 | Tubo |
26 | Conducto de vapor |
27 | Grupo de aspiradores |
28 | Punto de mezcla |
29 | haz de tubos |
30 | Película de caída de pared |
Claims (4)
1. Procedimiento para el calentamiento y
desgasificación de agua adicional por medio de vapor de escape de
baja calidad procedente de un condensador en una instalación de
generación de corriente, caracterizado porque la corriente de
agua adicional es dividida en una primera corriente parcial mayor y
una segunda corriente parcial, porque la segunda corriente parcial
menor es precalentada por convección, es combinada con la primera
corriente parcial mayor y se forma una corriente total de agua
adicional, que es calentada por convección a temperatura de
saturación, y a continuación el agua adicional calentada a
temperatura de saturación es desgasificada con el vapor de escape de
baja calidad, siendo realizada la desgasificación en una cámara de
vacío y siendo la temperatura del agua adicional aproximadamente
igual a la temperatura del vapor de escape, y el vapor de escape de
baja calidad utilizado para el calentamiento y la desgasificación
es condensado casi totalmente simultáneamente con el
precalentamiento por convección de la segunda corriente parcial
menor y es reconducido al circuito de vapor.
2. Disposición de aparatos para el calentamiento
y la desgasificación de agua adicional por medio de vapor de escape
de baja calidad en una instalación de generación de corriente para
la realización del procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizada porque la disposición de aparatos para el
calentamiento del agua adicional presenta al menos dos aparatos, que
funcionan según el principio de la transmisión de calor por
convección, porque la disposición de aparatos para la
desgasificación del agua adicional presenta al menos una columna de
empaquetadura (23) o un desgasificador de película de caída, y
presenta un extractor de condensador (3) para la condensación casi
completa del vapor de escape de baja calidad, que ha sido utilizado
para el calentamiento y la desgasificación del agua adicional.
3. Disposición de aparatos según la
reivindicación 2, caracterizada porque los aparatos para el
calentamiento del agua adicional comprenden un transmisor de calor
de película de caída (11), un transmisor de calor de intersticio de
envolvente (22) y un extractor de condensador (3) para una
corriente parcial del agua adicional, y los aparatos para la
desgasificación del agua adicional comprenden una columna de
empaquetadura (23) o un desgasificador de película de caída y un
desgasificador de película de caída de pared (30), estando
conectado el desgasificador de película de caída de pared (30) con
respecto a la columna de empaquetadura (23) o el desgasificador de
película de caída.
4. Disposición de aparatos según la
reivindicación 2, caracterizada porque los aparatos para el
calentamiento del agua adicional comprenden un extractor de
condensador (3), un transmisor de calor de película de envolvente
(22) y un condensador (19), en el que el agua adicional es
conducida a través de un haz de tubos (29) dispuesto separado, y los
aparatos para la desgasificación del agua adicional comprenden una
columna de empaquetadura (23) o un desgasificador de película de
caída y un desgasificador de película de caída de pared (30),
estando conectado el desgasificador de película de caída de pared
(30) aguas abajo de la columna de empaquetadura (23) o del
desgasificador de película de caída.
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