ES2210978T3 - Placa de quemador. - Google Patents
Placa de quemador.Info
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Abstract
PLACA DE QUEMADOR (3E) INCORPORADA A UN QUEMADOR DE GAS PARA QUEMAR UNA MEZCLA DE GAS COMBUSTIBLE Y AIRE AÑADIDO EN UNA PROPORCION DE EXCESO DE AIRE PREDETERMINADA EN COMBUSTION PRIMARIA TOTAL PARA CALENTAR UN INTERCAMBIADOR DE CALOR. LA PLACA CONSTA DE UNA PLACA RESISTENTE AL CALOR CON VARIOS ORIFICIOS DE QUEMADOR (7) DEFINIDOS EN LA MISMA Y QUE SE EXTIENDEN DESDE UNA SUPERFICIE DE LA PLACA A UNA SUPERFICIE OPUESTA DE LA MISMA. LOS ORIFICIOS DEL QUEMADOR SE DIVIDEN EN VARIOS GRUPOS (8) SEPARADOS UNO DE OTRO POR HUECOS (9). LOS GRUPOS DE ORIFICIOS INCLUYEN GRUPOS CON UN AREA CENTRAL (7A) EN LA QUE VARIOS ORIFICIOS ESTAN CERRADOS COMO SISTEMA EFICAZ PARA LIMITAR UNA EXTENSION DE LLAMAS PRODUCIDAS DESDE LOS GRUPOS DE ORIFICIOS DEL QUEMADOR Y ELIMINAR LOS SONIDOS RESONANTES DE LA COMBUSTION GENERADOS POR LAS VIBRACIONES DE LAS LLAMAS EN ACCION CONJUNTA CON LA FRECUENCIA NATURAL DEL QUEMADOR DE GAS.
Description
Placa de quemador.
La presente invención se refiere a una placa de
quemador para la utilización en un quemador de gas, que tiene un
intercambiador de calor, para llevar a cabo la combustión de un gas
combustible en una combustión primaria completa.
Hasta la actualidad se conoce un quemador de gas,
que tiene un elemento intercambiador de calor, para llevar a cabo
la combustión de un gas combustible en una combustión primaria
completa.
En dicho quemador de gas, una mezcla de gas
combustible y aire, añadida con una determinada proporción de aire
en exceso, es suministrada a una placa de quemador dispuesta en una
unidad de quemador de gas y es quemada en una combustión primaria
completa. La placa de quemador comprende una placa resistente al
calor de cerámica o un material similar, que tiene una cantidad de
aberturas de quemador definidas en la misma y que se extienden desde
una superficie de la placa hasta la superficie opuesta de la misma.
Por ejemplo, como se muestra en la figura 5 de los dibujos
acompañantes, una placa de quemador (3b) tiene una serie de
aberturas de quemador (7) divididas en una serie de patrones con
forma de rombo, cada uno de los cuales tiene aberturas de quemador
(7) dispuestas en seis hileras y seis columnas definiendo un grupo
de aberturas (8) de quemador. Los grupos de aberturas (8) de
quemador con forma de rombo adyacentes se encuentran separados unos
de los otros por espacios o intersticios (9). De acuerdo con la
placa de quemador (3b) mostrada en la figura 5, las llamas que se
forman en las respectivas aberturas de quemador (7) son combinadas
de manera conjunta en cada uno de los grupos de aberturas (8) de
quemador, pero se encuentran impedidas por las separaciones (9) para
extenderse fuera de cada uno de los grupos de aberturas (8) de
quemador. La placa de quemador (3b) resulta efectiva para llevar a
cabo la limitación de las llamas a efectos de que presenten un
tamaño apropiado y la estabilización de las mismas sin ningún
peligro de que se eleven de la placa de quemador (3b) y se
extingan.
En la combustión primaria completa, la proporción
de aire en exceso representa la proporción de una cantidad de aire
que debe ser mezclada de manera efectiva con el gas combustible
para una cantidad teórica de aire, que se supone "1",
requerida para llevar a cabo la combustión completa de una
determinada cantidad de gas combustible. La proporción de aire en
exceso es indicada como un número adimensional.
Si la proporción de aire en exceso de una mezcla
que es suministrada a un quemador de gas diseñado para llevar a
cabo una combustión primaria completa es mayor que "1",
entonces dado que el aire se encuentra disponible en una cantidad
mayor que la necesaria para quemar de manera completa el gas
combustible, desde un punto de vista teórico no debería producirse
combustión incompleta. En realidad, sin embargo, a pesar de que el
suministro de una proporción de aire en exceso de una mezcla a la
placa del quemador mayor que "1", el gas combustible sufre una
combustión incompleta, produciendo monóxido de carbono (CO).
Para quemadores de gas para la utilización en
calentadores de agua, el documento JIS S 2109 da a conocer que la
cantidad producida de monóxido de carbono no debe exceder cierto
nivel de referencia, por ejemplo, 0,28%. Dichos quemadores de gas
no deberían producir durante el funcionamiento una cantidad de
monóxido de carbono en exceso respecto al nivel de referencia
prescrito.
A efectos de que distintos quemadores de gas con
diseños diferentes produzcan cantidades respectivas de monóxido de
carbono que no sean mayores que los correspondientes niveles de
referencia prescritos, se establece un cierto rango de proporciones
de aire en exceso de una mezcla suministrada para cada diseño de
quemador de gas. El rango de proporciones de aire en exceso no se
encuentra representado por las proporciones de aire en exceso en sí
mismas sino por una tolerancia para las proporciones de aire en
exceso, dado que la mezcla es una mezcla dinámica y la proporción
de aire en exceso de la misma tiende a variar.
Una tolerancia de proporción de aire en exceso
para un quemador de gas es determinada cuando el quemador de gas es
diseñado. Si una tolerancia de proporción de aire en exceso es
demasiado pequeña, entonces dependiendo de la mezcla suministrada,
la proporción de aire en exceso real puede caer fuera de la
tolerancia de proporción de aire en exceso debido a errores de
fabricación de quemadores de gas individuales. Cuando una
proporción de aire en exceso real está fuera de la tolerancia de
proporción de aire en exceso, el quemador de gas puede encontrarse
sujeto a la producción de una cantidad no apropiada de monóxido de
carbono. Por dicha razón, la tolerancia de proporción de aire en
exceso debe ser de manera preferente tan amplia como resulte
posible, y puede ser fijada, por ejemplo, en 0,5 o un valor más
alto.
Para quemadores de gas para la utilización en
calentadores de agua por combustión de gas, equipados con
intercambiadores de calor, se han realizado esfuerzos en los años
recientes para reducir la distancia entre la placa del quemador y
el intercambiador de calor a efectos de llevar a cabo quemadores de
gas de tamaño más compacto. Sin embargo, dichas configuraciones
compactas de los quemadores de gas son aptas para la producción de
una cantidad aumentada de monóxido de carbono durante la combustión
a su máxima capacidad aún cuando la tolerancia de la proporción de
aire en exceso sea fijada en 0,5 o más.
Los inventores de la presente invención han
llevado a cabo actividades de investigación y han encontrado
algunas de las razones por las cuales el monóxido de carbono es
producido en la combustión primaria completa aún cuando la
proporción de aire en exceso se establece en un valor mayor que
1.
La primera razón es que, dado que la mezcla es
una mezcla de tipo dinámico, la proporción de aire en exceso puede
llegar a ser menor que 1 en algunas zonas de manera local, y puede
producirse la combustión incompleta en dichas zonas locales. Sin
embargo, el fenómeno en el que la proporción de aire en exceso
llega a ser menor que 1 en zonas locales es menos intenso a medida
que la proporción de aire en exceso se hace mayor que 1. En
consecuencia, la cantidad producida de monóxido de carbono se
vuelve menor a medida que la proporción de aire en exceso se hace
mayor que un valor cercano a 1.
La segunda razón es que si la proporción de aire
en exceso resulta suficientemente mayor que 1, la mezcla expulsada
desde las aberturas del quemador fluye a una velocidad mayor y las
llamas presentan la tendencia a hacer contacto con las aletas del
intercambiador de calor, la llamas son enfriadas de forma rápida,
interrumpiendo la reacción de combustión en las mismas. Como
resultado, se produce el aumento de la cantidad de monóxido de
carbono que es un producto intermedio de la reacción de
combustión.
De forma consecuente, a medida que la proporción
de aire en exceso se hace mayor que 1, la cantidad producida de
monóxido de carbono se hace más pequeña debido a la primera razón
expuesta anteriormente. Cuando la proporción de aire en exceso
alcanza un determinado valor, la reducción de la cantidad producida
de monóxido de carbono debido a la primera razón y el incremento de
la cantidad producida de monóxido de carbono debido a la segunda
razón se encuentran en equilibrio, con lo cual la cantidad
producida de monóxido de carbono resulta minimizada. Cuando la
proporción de aire en exceso excede el valor determinado, la
cantidad producida de monóxido de carbono aumenta debido a la
segunda razón.
La figura 7 de los dibujos acompañantes muestra
una curva con una línea de puntos y trazos interrumpidos que
representa el modo en que la cantidad producida de monóxido de
carbono varía de acuerdo con la proporción de aire en exceso cuando
la mezcla es suministrada a la placa de quemador y es sometida a
una combustión primaria completa.
Se puede observar a partir de la curva con línea
de puntos y trazos interrumpidos, mostrada en la figura 7, que la
cantidad dibujada de monóxido de carbono y su variación con la
proporción de aire en exceso respalda la primera y segunda razones
mencionadas anteriormente. De manera específica, al aumentar la
proporción de aire en exceso desde 1 (el valor medido es ligeramente
mayor que 1), la cantidad producida de monóxido de carbono
disminuye. Cuando la proporción de aire en exceso alcanza un
determinado valor, la cantidad de monóxido de carbono resulta
mínima. A medida que la proporción de aire en exceso supera el
valor determinado, la cantidad producida de monóxido de carbono
aumenta.
En la figura 7, un rango de proporciones de aire
en exceso capaz de limitar la cantidad producida de monóxido de
carbono hasta un determinado nivel de referencia o por debajo del
mismo, por ejemplo, 0,28%, es indicado por (W_{1}). El rango
(W_{1}) está representado por la diferencia entre un límite
superior para las proporciones de aire en exceso para mantener la
cantidad producida de monóxido de carbono en un determinado nivel de
referencia o por debajo del mismo y un límite inferior para las
proporciones mesurables de aire en exceso para mantener dicha
cantidad producida de monóxido de carbono en un nivel de referencia
o por debajo del mismo.
De acuerdo con una consideración adicional basada
en las razones expuestas anteriormente, en el quemador de gas de
tipo compacto mencionado anteriormente, dado que las llamas hacen
contacto con las aletas del intercambiador de calor durante una
combustión a capacidad máxima, la cantidad producida de monóxido de
carbono aumenta con respecto a cada proporción de aire en exceso.
De manera específica, la curva dibujada con línea de puntos y trazos
interrumpidos se desplaza de manera ascendente hasta una curva
dibujada con una línea de dos puntos y trazos interrumpidos,
reduciendo el rango (W_{1}) de proporciones de aire en exceso
hasta un rango (W_{2}) de proporciones de aire en exceso. Si se
reduce el rango de proporciones de aire en exceso o la tolerancia
de la proporción de aire en exceso, entonces dependiendo de la
mezcla suministrada, una proporción de aire en exceso real puede
caer fuera de la tolerancia de la proporción de aire en exceso
debido a errores de fabricación individuales de quemadores de gas,
tendiendo a producir una gran cantidad de monóxido de carbono, como
ha sido descrito anteriormente.
A efectos de impedir que las llamas establezcan
contacto con las aletas del intercambiador de calor durante la
combustión operando a máxima capacidad en el quemador de gas de
tipo compacto, algunas de las aberturas del quemador (7) de los
grupos de aberturas (8) del quemador pueden encontrarse cerradas
para reducir las llamas generadas por dichos grupos de aberturas (8)
del quemador. Sin embargo, si aumenta la cantidad de aberturas del
quemador (7) cerradas, entonces las vibraciones de las llamas
producidas por la reacción de combustión en las mismas producidas
desde las aberturas del quemador (7) que se encuentran abiertas
generan sonidos de resonancia de combustión conjuntamente con la
frecuencia natural del quemador de gas.
El documento WO 92 01196 da a conocer una placa
de quemador para la utilización en un quemador de gas para llevar a
cabo la combustión de una mezcla de gas combustible y aire, añadida
con una proporción determinada de aire en exceso, en combustión
primaria completa a efectos de producir el calentamiento de un
intercambiador de calor, que comprende: una placa conformada en
material cerámico que tiene una serie de aberturas de quemador
definidas en la misma y que se extiende desde una superficie de la
placa hasta la superficie opuesta de la misma, en la que dichas
aberturas de quemador se encuentran divididas en una serie de
grupos de aberturas de quemador que se encuentran distanciados unos
de los otros por separaciones.
Por lo tanto, es un objetivo de la presente
invención dar a conocer una placa de quemador que sea efectiva para
mantener la cantidad producida de monóxido de carbono en un nivel
de referencia o por debajo del mismo y hacer asimismo que la
tolerancia de proporciones de aire en exceso sea tan amplia como
resulte posible a efectos de impedir la generación de sonidos
resonantes debidos a la combustión.
A efectos de llevar a cabo los objetivos
mencionados anteriormente, se da a conocer de acuerdo con la
presente invención una placa de quemador para la utilización en un
quemador de gas para la combustión de una mezcla de gas combustible
y aire, añadida con una proporción determinada de aire en exceso, en
combustión primaria completa para calentar un intercambiador de
calor, que comprende: una placa fabricada en material cerámico que
tiene una serie de aberturas de quemador definidas en la misma y
que se extiende desde una superficie de la placa hasta la
superficie opuesta de la misma, en la que dichas aberturas de
quemador se encuentran divididas en una serie de grupos de
aberturas de quemador que se encuentran espaciados unos de los otros
por intersticios, caracterizada porque dichos grupos de aberturas
de quemador incluyen grupos de aberturas de quemador que tienen en
una zona central de los mismos tantas aberturas de quemador
cerradas como sea necesario para limitar la extensión de las llamas
producidas por dichos grupos de aberturas de quemador y para
eliminar los sonidos resonantes de combustión generados por las
vibraciones de las llamas en conjunto con la frecuencia natural del
quemador de gas, de manera que el porcentaje de aberturas de
quemador que se encuentran cerradas en dicha placa, que se
encuentra definido como la proporción del área de superficie de las
aberturas de quemador cerradas con respecto al área total de las
aberturas de quemador, que de otro modo podrían encontrarse
presentes si no estuvieran cerradas, se encuentra en el rango de 2%
a 9%.
En la placa de quemador de acuerdo con la
presente invención, las aberturas de quemador se encuentran
divididas en una serie de grupos de aberturas de quemador que están
separados unos de los otros por intersticios. Las llamas expulsadas
desde las aberturas de quemador se combinan en cada uno de los
grupos de aberturas de quemador, pero se impide que sean extendidas
fuera de cada uno de los grupos de aberturas de quemador por los
intersticios. La placa de quemador resulta efectiva para la
limitación de las llamas a un tamaño adecuado para la
combustión.
Sin embargo, cuando el quemador de gas somete la
mezcla a una combustión a capacidad máxima, las llamas que son
producidas por los grupos de aberturas de quemador se extienden y
tienden a hacer contacto con el intercambiador de calor. Dicha
tendencia es más marcada en las zonas centrales de los grupos de
aberturas de quemador. De acuerdo con la presente invención, los
grupos de aberturas de quemador incluyen grupos de aberturas de
quemador que tienen aberturas de quemador que se encuentran
cerradas en una zona central de los mismos. Como resultado, aún
durante la combustión a capacidad máxima del quemador de gas, la
extensión de las llamas producidas a partir de los grupos de
aberturas de quemador se encuentra limitada, y en consecuencia las
llamas se encuentran impedidas para hacer contacto con el
intercambiador de calor, a efectos de llevar a cabo la reducción de
la cantidad producida de monóxido de carbono. Dado que las
aberturas de quemador cerradas se encuentran localizadas en las
zonas centrales de determinados grupos seleccionados de aberturas de
quemador, la cantidad de dichas aberturas de quemador cerradas se
encuentra limitada para impedir de este modo la generación de los
sonidos resonantes producto de la combustión.
De manera consecuente, resulta posible mantener
una amplia tolerancia de proporción de aire en exceso capaz de
reducir la cantidad producida de monóxido de carbono e impedir la
generación de sonidos resonantes producto de la combustión, aún en
el caso que el quemador de gas sea operado para obtener una
combustión de máxima potencia.
De manera preferente, las aberturas de quemador
cerradas están distribuidas de manera uniforme sobre la placa
resistente al calor.
Las aberturas de quemador cerradas constituyen de
manera preferente de 2% a 9% de la cantidad total de aberturas de
quemador que se encuentran presentes en la placa resistente al
calor. En caso que las aberturas de quemador cerradas se
encontraran presentes en una proporción menor al 2% de la cantidad
total de aberturas de quemador, entonces se reduciría la tolerancia
de la proporción de aire en exceso capaz de reducir la cantidad
producida de monóxido de carbono. En caso que las aberturas de
quemador cerradas se encontraran en una proporción mayor al 9% de
la cantidad total de aberturas de quemador, entonces se reduciría
la tolerancia de la proporción de aire en exceso capaz de impedir
la generación de los sonidos resonantes de combustión.
Además, los grupos de aberturas de quemador se
encuentran dispuestos en una serie de conjuntos de grupos de
aberturas de quemador que comprende cada uno de ellos una serie de
grupos de aberturas de quemador, encontrándose repetidos dichos
conjuntos de grupos de aberturas de quemador con un patrón
determinado, incluyendo cada uno de los conjuntos de grupos de
aberturas de quemador una cantidad determinada de aberturas de
quemador cerradas en una zona central de los mismos. De acuerdo con
la disposición mencionada, las aberturas de quemador cerradas
pueden encontrarse distribuidas de manera uniforme en la placa
resistente al calor.
Por ejemplo, cada uno de los grupos de aberturas
de quemador puede comprender la cantidad de 36 aberturas de quemador
dispuestas en seis filas y seis columnas de acuerdo con un patrón
con forma de rombo. Cada uno de los conjuntos de grupos de
aberturas de quemador puede comprender cuatro grupos de aberturas
de quemador romboidales dispuestos en un área de superficie de mayor
tamaño que los grupos de aberturas de quemador romboidales, y de
manera similar a los mismos, manteniéndose los conjuntos de grupos
de aberturas de quemador con una disposición repetida.
Los objetivos, características y ventajas de la
presente invención expuestos anteriormente y otros adicionales
resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción tomada
junto con los dibujos acompañantes que muestran las realizaciones
preferentes de la presente invención a modo de ejemplo.
La figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de un calentador de agua por combustión de gas que
incorpora en un quemador de gas una placa de quemador de acuerdo
con la presente invención;
la figura 2 es una vista en planta fragmentaria
que muestra un patrón de aberturas de quemador y grupos de
aberturas de quemador para la placa de quemador de acuerdo con la
presente invención;
la figura 3 es una vista en planta fragmentaria
que muestra otro patrón de las aberturas de quemador y grupos de
aberturas de quemador para la placa de quemador de acuerdo con la
presente invención;
la figura 4 es una es una vista en planta
fragmentaria que muestra aún otro patrón de las aberturas de
quemador y grupos de aberturas de quemador para la placa de
quemador de acuerdo con la presente invención;
la figura 5 es una vista en planta fragmentaria
que muestra un patrón de aberturas de quemador y grupos de
aberturas de quemador de una placa de quemador de tipo
convencional;
la figura 6 es una vista en planta fragmentaria
que muestra un patrón de aberturas de quemador y grupos de
aberturas de quemador en una placa de quemador para efectuar una
comparación con la placa de quemador de acuerdo con la presente
invención;
la figura 7 es un gráfico que muestra la manera
en la que varía la cantidad producida de monóxido de carbono de
acuerdo con la proporción de aire en exceso;
la figura 8 es un histograma que muestra las
zonas de proporciones de aire en exceso en las que no son generados
sonidos resonantes de combustión; y
la figura 9 es un gráfico que muestra una
tolerancia de la proporción de aire en exceso en el que una
cantidad producida de monóxido de carbono no es mayor que un nivel
de referencia y una tolerancia de la proporción de aire en exceso
en la que no son generados sonidos resonantes de combustión, con
respecto a la proporción de aberturas de quemador cerradas.
La figura 1 muestra un calentador de agua por
combustión de gas (1) que quema una mezcla de un gas combustible y
aire, añadida con una proporción de aire en exceso determinada, en
combustión primaria completa. El calentador de agua por combustión
de gas (1) comprende un quemador de gas (3) alojado en una
envolvente (2) y un intercambiador de calor (5), también alojado en
la envolvente (2), para el calentamiento del agua suministrada
desde un conducto de suministro de agua (4) con el quemador de gas
(3) para llevar a cabo la producción de agua caliente de este modo.
El agua caliente producida mediante el intercambiador de calor (5)
es suministrada a través de un conducto de suministro (6) de agua
caliente a numerosos sitios incluyendo una cocina, un cuarto de
lavado, una sala de baño, etc.
El quemador de gas (3) tiene una placa de
quemador (3a) que comprende una placa resistente al calor de
material cerámico tal como la cordierita o similar que tiene una
cantidad de aberturas de quemador (7) definidas en la misma y que
se extienden desde una superficie de dicha placa hasta la
superficie opuesta de la misma. El quemador de gas (3) es encendido
mediante una unidad de encendido (no mostrada) cuando una mezcla de
un gas combustible y aire, añadida con una proporción determinada de
aire en exceso, es suministrada a las aberturas de quemador
(7).
La placa de quemador (3a) es mostrada en las
figuras 2 a 4. Las figuras 2 a 4 muestran de manera respectiva
diferentes patrones de aberturas de quemador (7) para la placa de
quemador (3a). La figura 5 muestra una placa de quemador
convencional (3b), y la figura 6 muestra una placa de quemador
comparativa (3c).
La placa de quemador (3a) mostrada en la figura 2
tiene un total de 1269 aberturas de quemador (7), cada una de ellas
teniendo un diámetro de 1,25 mm, definidas en una placa resistente
al calor que tiene un tamaño de 60 mm x 128 mm. Del total de las
1269 aberturas de quemador (7), del 2% al 9% de las mismas se
encuentran cerradas. Dos de dichas placas de quemador (7) son
yuxtapuestas de manera longitudinal a efectos de proporcionar una
placa de quemador combinada que tiene un tamaño de 60 mm x 256 mm.
Las figuras 2 a 6 muestran partes de las placas de quemador (3a),
(3b) y (3c) (correspondientes a 483 aberturas de quemador (7)),
teniendo cada una de dichas placas un total de 1269 aberturas de
quemador (7), a efectos de ejemplificar diferentes patrones de las
aberturas de quemador (7).
De acuerdo con la figura 2, las aberturas de
quemador (7) se encuentran divididas en una serie de patrones con
forma de rombo, cada uno de dichos patrones teniendo 36 aberturas
de quemador (7) dispuestas en seis filas y seis columnas como un
grupo de aberturas de quemador (8). En cada uno de los grupos de
aberturas de quemador (8), los centros de las aberturas de quemador
(7) adyacentes se encuentran separados unos de los otros una
distancia igual a 1,8 mm. Los grupos de aberturas de quemador con
forma de rombo (8) adyacentes se encuentran separados unos de los
otros por espacios o separaciones (9). Cuatro grupos de aberturas
de quemador con forma de rombo (8) se encuentran dispuestos en un
área de superficie, con forma de rombo de manera similar, con un
tamaño mayor que los grupos individuales de aberturas de quemador
con forma de rombo (8), conformando un conjunto de grupos de
aberturas (10) de quemador. Un patrón de aberturas de quemador de la
placa de quemador (3a) se encuentra conformado por la disposición
repetida de conjuntos de grupos de aberturas (10) de quemador.
A continuación serán descritos ejemplos de los
patrones de aberturas de quemador en los que de 2% a 9% del total
de las 1269 aberturas de quemador (7) se encuentran cerradas.
En la placa de quemador (3a) mostrada en la
figura 2, uno de los grupos de aberturas (8) de quemador con forma
de rombo de cada uno de los conjuntos de grupos de aberturas (10)
de quemador tiene cuatro aberturas de quemador (7) centrales
cerradas, proporcionando una zona cerrada (7a). El porcentaje de
aberturas de quemador cerradas de los conjuntos de grupos de
aberturas (10) de quemador en la placa de quemador (3a) mostrada en
la figura 2 es calculado de acuerdo con la ecuación (1), que se
muestra a continuación. El porcentaje de aberturas de quemador
cerradas se encuentra definido como una proporción de las aberturas
de quemador (7) cerradas respecto a la cantidad total de aberturas
de quemador (7) que de otro modo se encontrarían presentes si no
hubiera aberturas de quemador cerradas.
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (4 x 1) / (36 x 4) x 100
...(1)= 2,78
(%)
En la placa de quemador real (3a), los grupos de
aberturas de quemador (8a), (8b), (8c) posicionados en las zonas
periféricas conforman partes de las zonas con forma de rombo de
mayor tamaño. Cada uno de los grupos de aberturas de quemador (8a)
tiene 15 aberturas de quemador (7), cada uno de los grupos de
aberturas de quemador (8b) tiene 10 aberturas de quemador (7), y
cada grupo de aberturas de quemador (8c) tiene 4 aberturas de
quemador (7). En consecuencia, el porcentaje real de aberturas de
quemador que se encuentran cerradas es diferente al porcentaje de
aberturas de quemador cerradas (valor diseñado) calculado de acuerdo
con la ecuación (1). De manera específica, el porcentaje real de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas en la placa de
quemador (3a), mostrada en la figura 2, se encuentra expresado por
la ecuación (2) que se muestra a continuación:
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (13 / 483) x 100
...(2)= 2,69
(%)
En la placa de quemador (3a) mostrada en la
figura 3, dos de los grupos de aberturas de quemador con forma de
rombo (8), cuyos vértices se enfrentan unos con los otros en la
dirección vertical, de cada uno de los conjuntos de grupos de
aberturas (10) de quemador tiene cuatro aberturas de quemador (7)
centrales cerradas, proporcionando una zona o área cerrada (7a). El
porcentaje de aberturas de quemador que se encuentran cerradas de
los conjuntos de grupos de aberturas (10) de quemador en la placa de
quemador (3a) mostrada en la figura 3 se encuentra calculado de
acuerdo con la ecuación (3) que se muestra a continuación.
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (4 x 2) / (36 x 4) x 100
...(3)= 5,56
(%)
\newpage
En la placa de quemador real (3a) mostrada en la
figura 3, los grupos de aberturas de quemador (8a), (8b), (8c) que
se encuentran situados en las zonas periféricas conforman las
partes de las áreas de superficie con forma de rombo de mayor
tamaño. En consecuencia, el porcentaje real de aberturas de
quemador que se encuentran cerradas es diferente al porcentaje de
aberturas de quemador cerradas (valor diseñado) que es calculado de
acuerdo con la ecuación (3). De manera específica, el porcentaje
real de aberturas de quemador que se encuentran cerradas en la
placa de quemador (3a) mostrada en la figura 3 se expresa mediante
la ecuación (4) que se muestra a continuación:
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (27 / 483) x 100
...(4)= 5,59
(%)
La placa de quemador (3a) mostrada en la figura 3
puede ser modificada de forma que dos de los cuatro grupos de
aberturas (8) de quemador con forma de rombo, cuyos vértices se
enfrentan unos con los otros en la dirección horizontal, de cada
uno de los conjuntos de grupos de aberturas (10) de quemador, o dos
de los cuatro grupos de aberturas (8) de quemador con forma de
rombo, que se encuentran situados adyacentes unos a los otros a
través del intersticio (9), de cada uno de los conjuntos de grupos
de aberturas de quemador (10), pueden tener cerradas cuatro
aberturas de quemador (7) centrales.
En la placa de quemador (3a) mostrada en la
figura 4, tres de los cuatro grupos de aberturas (8) de quemador
con forma de rombo de cada uno de los conjuntos de grupos de
aberturas de quemador (10) tiene cuatro aberturas de quemador (7)
centrales cerradas, proporcionando un área de superficie cerrada
(7a). El porcentaje de aberturas de quemador que se encuentran
cerradas de los conjuntos de grupos de aberturas (10) de quemador
en la placa de quemador (3a) mostrada en la figura 4 es calculado
de acuerdo con la ecuación (5) que se muestra a continuación.
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (4 x 3) / (36 x 4) x 100
...(5)= 8,33
(%)
En la placa de quemador (3a) real mostrada en la
figura 4, los grupos de aberturas de quemador (8a), (8b), (8c) que
se encuentran situados en las zonas periféricas conforman partes de
las áreas de superficie con forma de rombo de mayor tamaño. En
consecuencia, el porcentaje real de aberturas de quemador que se
encuentran cerradas es diferente del porcentaje de aberturas de
quemador cerradas (valor diseñado) calculado de acuerdo con la
ecuación (5). De manera específica, el porcentaje real de aberturas
de quemador que se encuentran cerradas en la placa de quemador (3a)
mostrada en la figura 4 es expresado mediante la ecuación (6) que
se muestra a continuación:
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7)}) \ x 100
\hskip6,9cm= (32 / 483) x 100
(...6)= 6,63
(%)
La placa de quemador (3a) mostrada en la figura 4
puede ser modificada de modo que cualesquiera tres grupos deseados
de los cuatro grupos de aberturas (8) de quemador con forma de rombo
de cada uno de los conjuntos de grupos de aberturas (10) de quemador
puedan tener cuatro aberturas de quemador (7) centrales
cerradas.
A continuación serán descritos otros ejemplos en
los que menos de 2% o más de 9% de la cantidad total de aberturas de
quemador (7) se encuentran cerradas.
En la placa de quemador de tipo convencional (3b)
mostrada en la figura 5, los cuatro grupos de aberturas (8) de
quemador con forma de rombo de cada uno de los conjuntos de grupos
de aberturas (10) de quemador no presentan aberturas de quemador (7)
cerradas, y por lo tanto no proporcionan una zona o área de
superficie cerrada (7a). En consecuencia, el porcentaje de aberturas
de quemador cerradas, que se encuentran definido como la proporción
de aberturas de quemador cerradas (7) de la cantidad total de
aberturas de quemador (7) que de lo contrario se
encontrarían presentes si no hubiera aberturas de quemador cerradas (7), es 0% de acuerdo con los valores reales y de diseño.
encontrarían presentes si no hubiera aberturas de quemador cerradas (7), es 0% de acuerdo con los valores reales y de diseño.
En la placa de quemador comparativa (3c) mostrada
en la figura 6, la totalidad de los cuatro grupos de aberturas (8)
de quemador con forma de rombo de cada uno de los conjuntos de
grupos de aberturas (10) de quemador presenta cuatro aberturas de
quemador (7) cerradas, proporcionando una zona o área de superficie
cerrada (7a). El porcentaje de aberturas de quemador que se
encuentran cerradas de los conjuntos de grupos de aberturas de
quemador (10) en la placa de quemador (3c) mostrada en la figura 6
es calculado de acuerdo con la ecuación (7) que se muestra a
continuación.
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (4 x 4) / (36 x 4) x 100
...(7)= 11,11
(%)
En la placa de quemador real (3c) mostrada en la
figura 6, los grupos de aberturas de quemador (8a), (8b), (8c) que
se encuentran situados en las zonas periféricas conforman partes de
las zonas o áreas de superficie con forma de rombo de mayor tamaño.
En consecuencia, el porcentaje real de aberturas de quemador
cerradas es diferente del porcentaje de aberturas de quemador
cerradas (valor diseñado) calculado de acuerdo con la ecuación (7).
De manera específica, el porcentaje de aberturas de quemador
cerradas en la placa de quemador (3c) mostrada en la figura 6 se
encuentra expresado mediante la ecuación (8) que se muestra a
continuación:
\text{Porcentaje de
aberturas de quemador que se encuentran cerradas} = (\text{aberturas
de quemador cerradas (7)}/\text{cantidad total de aberturas de
quemador (7))} \ x
100
\hskip6,9cm= (45 / 483) x 100
...(8)= 9,32
(%)
Los porcentajes de aberturas de quemador
cerradas, en términos de los valores de diseño y reales, de las
placas de quemador (3a), (3b), (3c) mostradas en las figuras 2 a 6
son presentados en la Tabla 1 que se muestra a continuación.
Tal como ha sido descrito anteriormente, los
valores reales de los porcentajes de aberturas de quemador cerradas
de las placas de quemador (3a), (3b), (3c) son diferentes a los
valores de diseño de los mismos. Otros tipos de placas de quemador
también tienen valores reales de los porcentajes de aberturas de
quemador que se encuentran cerradas. Sin embargo, un estudio de la
Tabla 1 indica que no existen diferencias significativas entre los
valores de diseño y los valores reales. En consecuencia, no existe
ningún problema para la realización de la presente invención de
manera independiente a la utilización de los valores teóricos o los
valores reales. A efectos de brevedad, los porcentajes de aberturas
de quemador cerradas serán descritos a continuación en términos de
los valores de diseño.
Los experimentos llevados a cabo en las placas de
quemador (3a), (3b), (3c) mostradas en las figuras 3, 5, 6 serán
descritos a continuación.
La placa de quemador (3a) mostrada en la figura 3
fue instalada en el calentador de agua por combustión de gas (1)
mostrado en la figura 1, y se llevó a cabo el suministro de una
mezcla de gas combustible y aire a la placa de quemador (3a) para
lograr un nivel de combustión máximo (potencia de entrada: 29,3
kw). La proporción de aire en exceso de la mezcla fue variado, fue
medida la cantidad producida de monóxido de carbono (%) con
respecto a las diferentes proporciones de aire en exceso.
Las cantidades medidas de monóxido de carbono (%)
relativas a la placa de quemador (3a) mostrada en la figura 3
(porcentaje de aberturas de quemador cerradas: 5,56%) son mostradas
en la Tabla 2 a continuación.
\vskip1.000000\baselineskip
La placa de quemador (3b) mostrada en la figura 5
fue instalada en el calentador de agua por combustión de gas (1)
mostrado en la figura 1, y fue medida la cantidad producida de
monóxido de carbono (%) con respecto a las diferentes proporciones
de aire en exceso, llevando a cabo la variación de dicha proporción
de aire en exceso de la mezcla del mismo modo que con la placa (3a)
mostrada en la figura 3.
Las cantidades medidas de monóxido de carbono (%)
relativas a la placa de quemador (3b) mostrada en la figura 5
(porcentaje de aberturas de quemador cerradas: 0%) son presentadas
en la Tabla 3 que se muestra a continuación.
La placa de quemador (3c) mostrada en la figura 6
fue instalada en el calentador de agua por combustión de gas (1)
mostrado en la figura 1, y fue medida la cantidad producida de
monóxido de carbono (%) con respecto a las diferentes proporciones
de aire en exceso, llevando a cabo la variación de dicha proporción
de aire en exceso de la mezcla del mismo modo que con la placa del
quemador (3a) mostrada en la figura 3.
Las cantidades medidas de monóxido de carbono (%)
relativas de la placa de quemador (3c) mostrada en la figura 6
(porcentaje de aberturas de quemador cerradas: 11,11%) son mostradas
en la Tabla 4 a continuación.
Los resultados dados a conocer en las Tablas 2 a
4 son mostrados en la figura 7. Como puede observarse a partir de
la Tablas 2 a 4 y la figura 7, a medida que la proporción de aire
en exceso aumenta desde un valor un poco mayor que 1,0, que es un
nivel mesurable, la cantidad producida de monóxido de carbono tiende
en primer lugar a disminuir. La cantidad producida de monóxido de
carbono alcanza un nivel mínimo cuando la proporción de aire en
exceso se encuentra en el rango de 1,30 a 1,40, y de manera
subsiguiente aumenta a medida que aumenta la proporción de aire en
exceso.
El límite inferior de manera teórica de la
proporción de aire en exceso para la combustión completa es 1,0,
pero de hecho es un valor ligeramente superior a 1,0. El límite
real inferior de la proporción de aire en exceso varía de acuerdo
con los porcentajes de aberturas de quemador que se encuentren
cerradas de las placas de quemador (3a), (3b), (3c). Después de
haber alcanzado el nivel mínimo, la cantidad producida de monóxido
de carbono aumenta a medida que aumenta la proporción de aire en
exceso. Esto es porque a medida que la proporción de aire en exceso
aumenta, las llamas se extienden hasta hacer contacto con las
aletas del intercambiador de calor (5) mostrado en la figura 1,
produciendo monóxido de carbono.
Entonces, fue determinado un valor límite
superior para la proporción de aire en exceso a partir de las
Tablas 2 a 4. El límite superior se fijó en un valor de la
proporción de aire en exceso en el momento que la cantidad
producida de monóxido de carbono alcanzó un nivel de referencia
determinado de manera previa igual a 0,28%, por ejemplo, después de
haber sido aumentado a partir del nivel mínimo. Entonces, el límite
inferior fue restado al límite superior para determinar una
tolerancia de proporción de aire en exceso de acuerdo con la cual
la cantidad producida de monóxido de carbono no fue mayor que el
nivel de referencia. Como resultado, fue determinada una tolerancia
de proporción de aire en exceso de 0,54 con respecto a la placa de
quemador (3a) mostrada en la figura 3, cuyo porcentaje de aberturas
de quemador que se encuentran cerradas fue de 5,56%. Además, se
determinó una tolerancia de proporción de aire en exceso de 0,42
con respecto a la placa de quemador (3b) mostrada en la figura 5,
cuyo porcentaje de aberturas de quemador cerradas fue 0%, y se
determinó una tolerancia de proporción de aire en exceso de 0,59 con
respecto a la placa de quemador (3c) mostrada en la figura 6, cuyo
porcentaje de aberturas de quemador cerradas fue 11,11%.
Entonces, las tolerancias de las proporciones de
aire en exceso de acuerdo con las cuales la cantidad producida de
monóxido de carbono no fue mayor que el nivel de referencia fueron
determinadas respecto de las placas de quemador (3a) mostradas en
las figuras 2 y 4, cuyos porcentajes de aberturas de quemador
cerradas fueron 2,78% y 8,33%, de manera respectiva, de acuerdo con
el mismo proceso que ha sido descrito anteriormente. La relación
entre los porcentajes de aberturas de quemador cerradas y las
tolerancias de proporción de aire en exceso con respecto a las
placas de quemador (3a), (3b), (3c) mostradas en las figuras 2 a 6
es mostrada en la Tabla 5 a continuación.
Tal como resulta evidente a partir de la Tabla 5,
dentro de un rango en el que la cantidad producida de monóxido de
carbono no es mayor que el nivel de referencia, la tolerancia de la
proporción de aire en exceso es 0,5 o mayor cuando el porcentaje de
aberturas de quemador cerradas es 2,78% o mayor. A medida que
aumenta el porcentaje de aberturas de quemador cerradas, la
tolerancia de la proporción de aire en exceso se hace mayor.
La tolerancia de proporción de aire en exceso
debe ser de manera preferente 0,5 o mayor a efectos de impedir la
generación de una gran cantidad de monóxido de carbono cuando la
tolerancia de proporción de aire en exceso sufre grandes
variaciones debido a las variaciones individuales del producto de
quemador de gas.
Las placas de quemador (3a), (3b), (3c) mostradas
de manera respectiva en las figuras 3, 5, 6 fueron instaladas en el
quemador de gas (3) del calentador de agua por combustión de gas
(1-, mostrado en la figura 1, y se llevó a cabo el suministro de
una mezcla de gas combustible y aire para lograr un nivel máximo de
combustión (potencia de entrada: 29,3 kw). En dicho momento, la
proporción de aire en exceso de la mezcla fue variado para comprobar
la generación de sonidos resonantes de combustión debido a la
combustión de mezclas teniendo respectivas proporciones de aire en
exceso. Los límites superior e inferior para la proporción de aire
en exceso fueron determinados. Los límites superior e inferior
determinados son mostrados en la Tabla 6 y la figura 8.
Un análisis de la Tabla 6 indica que el límite
superior de la proporción de aire en exceso con la cual no se
produjeron sonidos resonantes de combustión disminuye a medida que
aumenta el porcentaje de aberturas de quemador cerradas. El límite
inferior de la proporción de aire en exceso en el que no se
produjeron sonidos resonantes de combustión tiende a aumentar a
medida que el porcentaje de aberturas de quemador cerradas se hace
mayor.
La figura 8 es un histograma que muestra el
exceso las tolerancias de porcentaje de aire en exceso en las que
no se generan sonidos resonantes de combustión a los respectivos
porcentajes de aberturas de quemador cerradas, encontrándose
representadas las tolerancias de proporción de aire en exceso como
regiones entre los límites superior e inferior para la proporción de
aire en exceso mostrado en la Tabla 6. Se comprenderá a partir de
la figura 8 que la tolerancia de proporción de aire en exceso en la
que no se generan sonidos resonantes de combustión se reduce a
medida que aumenta el porcentaje de aberturas de quemador
cerradas.
En la Tabla 6, los límites inferiores fueron
restados a los límites superiores para determinar las tolerancias de
proporción de aire en exceso en las que no se generaron sonidos
resonantes de combustión. Como resultado, la tolerancia de
proporción de aire en exceso de 0,56 fue calculada para la placa de
quemador (3a) mostrada en la figura 3, cuyo porcentaje de aberturas
de quemador cerradas es 5,56%. La tolerancia de proporción de aire
en exceso de 0,57 fue calculada para la placa de quemador (3b)
mostrada en la figura 5, cuyo porcentaje de aberturas de quemador
cerradas es 0%. La tolerancia de proporción de aire en exceso de
0,30 fue calculada para la placa de quemador (3c) mostrada en la
figura 6, cuyo porcentaje de aberturas de quemador cerradas es
11,11%.
Las tolerancias de proporción de aire en exceso
en las que no se generaron sonidos resonantes de combustión fueron
calculadas de manera similar para las placas de quemador (3a)
mostradas en las figuras 2 y 4, cuyos porcentajes de aberturas de
quemador cerradas son 2,78% y 8,33%, de manera respectiva. La
relación entre los porcentajes de aberturas de quemador abiertas y
las tolerancias de proporción de aire en exceso respecto de las
placas de quemador (3a), (3b), (3c) mostradas en las figuras 2 a 6
es presentada en la Tabla 7 continuación.
Tal como resulta evidente a partir de la Tabla 7,
en la medida que no son generados sonidos resonantes de combustión,
la proporción de aire en exceso disminuye a medida que el porcentaje
de aberturas de quemador cerradas aumenta. La tolerancia de
proporción de aire en exceso es menor que 0,5 cuando el porcentaje
de aberturas de quemador cerradas es 11,11%. Por dicha razón, la
tolerancia de proporción de aire en exceso debe ser fijada de manera
preferente en 0,5 o un valor mayor.
Los resultados mostrados en las Tablas 5 y 7 son
presentados en la figura 9. A partir de la figura 9, puede
observarse que cuando el porcentaje de aberturas de quemador
cerradas se encuentran en el rango entre 2% a 9%, la cantidad
producida de monóxido de carbono se mantiene en un nivel de
referencia o por debajo del mismo, no son generados sonidos
resonantes de combustión, y la tolerancia de proporción de aire en
exceso es de 0,5 o mayor.
Un análisis de la figura 9 indica que cuando el
porcentaje de aberturas de quemador cerradas es menor que 2%, la
tolerancia de proporción de aire en exceso en la que la cantidad
producida de monóxido de carbono se mantiene en un nivel de
referencia o por debajo del mismo es menor que 0,5, y que cuando el
porcentaje de aberturas de quemador cerradas excede el 9%, la
tolerancia de proporción de aire en exceso en la que no se generan
sonidos resonantes de combustión es menor que 0,5.
En la realización mostrada, una serie de
aberturas de quemador (7) en cada una de las placas de quemador
(3a) se encuentran dispuestas en grupos de aberturas de quemador con
forma de rombo (8). Sin embargo, una serie de aberturas de quemador
(7) pueden ser agrupadas de numerosas otras formas, incluyendo
grupos con forma de cuadrado, forma rectangular alargada, forma
circular, etc.
A pesar de que ciertas realizaciones precedentes
de la presente invención han sido mostradas y descritas en detalle,
se debe comprender que pueden aplicarse a las mismas numerosos
cambios y modificaciones sin alejarse del alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Placa de quemador (3a) para la utilización en
un quemador de gas para llevar a cabo la combustión de una mezcla de
gas combustible y aire, añadida con una determinada proporción de
aire en exceso, en una combustión primaria completa a efectos de
calentar un intercambiador de calor, comprendiendo:
una placa conformada en material cerámico que
tiene una serie de aberturas de quemador (7) definidas en la misma y
que se extienden desde una superficie de la placa hasta la
superficie opuesta de la misma, en la que dichas aberturas de
quemador se encuentran divididas en una serie de grupos de
aberturas de quemador (8) que se encuentran separados unos de los
otros por intersticios (9),
caracterizada porque dichos grupos de
aberturas de quemador incluyen grupos de aberturas de quemador que
presentan en una zona central (7a) de los mismos la cantidad de
aberturas de quemador cerradas que son necesarias para limitar la
extensión de las llamas producidas desde dichos grupos de aberturas
de quemador y para llevar a cabo la eliminación de los sonidos
resonantes de combustión generados por las vibraciones de las llamas
en conjunto con la frecuencia natural del quemador de gas, en el
que el porcentaje de aberturas de quemador que se encuentran
cerradas, que se encuentra definido como una proporción del área de
superficie de las aberturas de quemador cerradas respecto al área
de superficie total de las aberturas de quemador que de lo
contrario se encontrarían presentes si no existieran aberturas de
quemador cerradas, se encuentra en el rango del 2% a 9%.
2. Placa de quemador, de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que las aberturas de quemador que se
encuentran cerradas están distribuidas de manera uniforme en dicha
placa realizada con un material cerámico.
3. Placa de quemador, de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que las aberturas de quemador que se
encuentran cerradas constituyen del 2% a 9% de la cantidad total de
aberturas de quemador en dicha placa realizada con un material
cerámico.
4. Placa de quemador, de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que dichos grupos de aberturas de quemador
(8) se encuentran dispuestos en una serie de conjuntos de grupos de
aberturas de quemador (10), comprendiendo cada uno de ellos una
serie de grupos de aberturas de quemador, encontrándose dichos
conjuntos de grupos de aberturas de quemador repetidos de acuerdo
con un patrón determinado, cada uno de dichos conjuntos de grupos
de aberturas de quemador incluyendo una determinada cantidad de
grupos de aberturas de quemador, cada uno teniendo una cantidad
determinada de aberturas de quemador cerradas en una zona central
(7a) de los mismos.
5. Placa de quemador, de acuerdo con la
reivindicación 4, en la que cada uno de los mencionados grupos de
aberturas de quemador comprende 36 aberturas de quemador dispuestas
en seis filas y seis columnas con un patrón con forma de rombo, cada
uno de dichos conjuntos de grupos de aberturas quemador (10)
comprendiendo cuatro grupos de aberturas (7) de quemador con forma
de rombo dispuestos de manera similar con una forma de rombo en una
superficie de mayor tamaño que los grupos de aberturas de quemador
con forma de rombo, manteniéndose dichos conjuntos de grupos de
aberturas de quemador con una disposición repetida.
6. Placa de quemador, de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que cada una de las
aberturas de quemador (7) son de forma circular.
7. Placa de quemador, de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que cada una de las
aberturas de quemador (7) tiene un área de superficie uniforme.
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