ES2294165T3 - Colector y distribuidor para lecho de filtracion. - Google Patents
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Abstract
Aparato de filtración formado por: un receptáculo de filtración (2); un dispositivo de admisión (3) para introducir en el interior del receptáculo de filtración (2) el elemento líquido que se desea filtrar; una masa de medio de filtración (6) situado en el receptáculo de filtración (2); un dispositivo de evacuación (4) para recibir el líquido de filtración para que salga del receptáculo de filtración, que se caracteriza en que el dispositivo de admisión (3) está formado por varios brazos conductores (11) que se extienden de forma radial, estando cada uno de ellos provisto de medios de salida (13) que dirigen el líquido presurizado sin filtrar de forma transversal a la dirección radial; los medios de salida del brazo conductor radial (13) que dirigen el líquido presurizado en ángulo agudo hacia el exterior y de forma ascendente desde el dispositivo de admisión situado en el interior del receptáculo, a fin de producir un flujo rotativo en el interior del receptáculo que contiene el líquido sin filtrar.
Description
Colector y distribuidor para lecho de
filtración.
El presente invento se refiere a la filtración
de líquidos, en especial a la filtración de agua o líquidos
similares.
En la actualidad está disponible un aparato
destinado a la filtración de agua. Dicho aparato comprende
normalmente un receptáculo sometido a presión de agua provisto de
una entrada de admisión, un lecho de filtración del producto
(normalmente formado por una o más capas de arena u otro material
en forma de partículas) y un dispositivo de evacuación para vaciar
el agua filtrada. Con la finalidad de poder limpiar regularmente la
unidad de filtración, en el dispositivo de evacuación se introduce
un contraflujo de lavado (que causa la fluidización del lecho de
filtración) que arrastra el líquido de contraflujo hacia el desagüe
situado por encima del nivel del lecho de filtración.
En GB 1342082 se presenta un aparato de
filtración formado por una cámara, una entrada de admisión de agua,
una masa de arena u otro material en forma de partículas destinado a
filtrar el agua y un desagüe inferior destinado a evacuar el agua
que ha pasado a través de la arena.
En la actualidad, esta técnica y este sistema
han experimentado mejoras.
De conformidad con un primer diseño, el presente
invento consiste en un aparato de filtración compuesto por:
un receptáculo de filtración;
un dispositivo de admisión para introducir el
líquido que se desea filtrar en el receptáculo de filtración;
una masa de filtración situado en el receptáculo
de filtración;
un dispositivo de evacuación que recoge el
líquido filtrado que debe evacuarse del receptáculo de filtración,
en el que:
el dispositivo de admisión está formado por
múltiples brazos conductores que se extienden de forma radial,
estando cada uno de ellos provisto de un elemento de salida
destinado a dirigir los líquidos sin filtrar sometidos a presión en
sentido transversal al sentido radial, dirigiendo dichos elementos
de salida situados en los brazos del conjunto radial el mencionado
líquido sometido a presión en ángulo agudo hacia el exterior y en
sentido descendente desde el dispositivo de admisión situado en el
interior del receptáculo, de manera que en el receptáculo se
produzca un flujo rotatorio del líquido sin filtrar contenido en el
interior del mismo.
De modo preferente, la configuración del
dispositivo de evacuación será del tipo contraflujo a fin de que se
pueda introducir el líquido de contraflujo a través del medio de
filtración mediante un flujo rotatorio que se produce en el
interior del receptáculo. En una realización, el dispositivo de
evacuación puede estar formado por varios segmentos de evacuación
inclinados hacia el plano horizontal, y destinados a dirigir la
evacuación del líquido filtrado a través de los segmentos inclinados
hasta la salida del aparato.
Se considera preferible que el dispositivo de
admisión esté formado por un elemento que dirija el líquido y cuya
disposición permita dirigir dicho líquido sometido a presión a
través de una vía situada tangencial o circularmente con respecto
al eje del receptáculo. De modo oportuno, el elemento que dirige el
líquido está dispuesto de forma que el líquido sometido a presión se
introduzca en el receptáculo formando un ángulo agudo dirigido en
sentido descendente.
De modo conveniente, el dispositivo de admisión
está situado cerca de la parte superior de la superficie interna
del receptáculo, estando dicha parte superior interna del
receptáculo convenientemente inclinada o cóncava desde un punto
superior hasta las porciones inferiores situadas cerca del
perimetro del receptáculo, contribuyendo de este modo a producir un
flujo rotatorio.
Oportunamente, el agua sin filtrar se somete a
presión en el receptáculo por encima del nivel de filtración (que
usualmente presenta la forma de un lecho situado en el interior del
receptáculo). El dispositivo de admisión ha sido diseñado de modo
que la configuración del flujo que se produzca en el interior del
receptáculo maximice la longitud del flujo desde el dispositivo de
admisión hasta la zona de intercambio líquido/filtro. La formación
de rotación mediante estimulación de la zona del dispositivo de
admisión en el espacio líquido situado encima del elemento de
filtración genera la rotación masiva del líquido alrededor del eje
del receptáculo y garantiza:
1. un flujo constante del líquido que atraviesa
el lecho de filtración;
2. remolinos de corriente mínimos en los
índices más elevados de flujo para asegurar el equilibrio de la
presión en la zona de intercambio agua/filtro y la eliminación de
efectos de tunelización o formación de túneles en el elemento de
filtración, y
3. poder evitar la floculación en la superficie
del elemento de filtración con índices elevados de flujo.
En el hemisferio norte, la rotación deberá
producirse siguiendo el sentido de las agujas del reloj, mientras
que en el hemisferio sur será necesario aplicar una rotación en
sentido contrario al de las agujas del reloj. El motivo de que se
produzcan diferentes sentidos de rotación se debe a la fuerza de
Coriolis generada por la rotación de la Tierra. Por tanto, si se
toma en consideración dicha fuerza de Coriolis, la rotación
producida presentará un sentido diferente en cada uno de los
hemisferios terrestres.
El dispositivo de admisión comprende de modo
preferente varios brazos conductores que se extienden de forma
radial, estando cada uno de ellos provisto de una unidad de salida
(normalmente aberturas) destinada a dirigir el líquido sin filtrar
sometido a presión de forma transversal con respecto a la dirección
radial. La configuración de los brazos conductores permite dirigir
el líquido de salida tanto en la misma dirección de las agujas del
reloj como en la dirección contraria (según corresponda la
situación geográfica del receptáculo de filtración al hemisferio
norte o bien al hemisferio sur).
Oportunamente, los brazos conductores radiales
están separados regularmente alrededor de un eje, conectado de modo
preferente a una cámara central o de admisión impelente nodal.
Oportunamente, las aperturas de salida del brazo conductor radial
dirigen el líquido presurizado formando ángulo agudo en sentido
ascendente o descendente desde el dispositivo de admisión situado en
el interior del receptáculo.
Oportunamente, las aberturas de admisión están
protegidas por un filtro o una rejilla destinados a impedir que el
medio de filtración o cualquier otro residuo pueda volver a
introducirse en el dispositivo de admisión durante el ciclo de
contraflujo.
Resulta preferible que el dispositivo de
evacuación comprenda varios segmentos que se extiendan de forma
radial, estando provisto de modo preferente cada uno de dichos
segmentos de una abertura, ranura u otro elemento que permita el
paso del líquido a fin de que éste pueda actuar como líquido de
contraflujo, medio de distribución en modo contraflujo o elemento de
recogida del líquido filtrado en "modo de filtración" normal.
Los elementos de distribución del liquido de contraflujo
(aberturas, etc.) se han configurado oportunamente para que
distribuyan el líquido de contraflujo en sentido transversal a la
dirección longitudinal de los correspondientes segmentos.
Oportunamente, los elementos de salida del contraflujo de los
segmentos del dispositivo de evacuación se han configurado de forma
que en modo contraflujo, la mayoría de (o bien todos) los segmentos
dirijan el agua tanto en el mismo sentido de las agujas del reloj o
lo hagan de forma opcional en el sentido opuesto a las agujas del
reloj (igualmente, según si la situación geográfica del receptáculo
de filtración corresponde al hemisferio norte o bien al hemisferio
sur).
Los elementos del dispositivo de salida del
contraflujo de los segmentos radiales del dispositivo de evacuación
también se utilizan para recoger el líquido filtrado (en modo
filtración) que hayan pasado a través de la masa del conjunto de
filtración.
El dispositivo de evacuación se situará de modo
preferente hacia la base interna del receptáculo. Oportunamente, la
base interna del receptáculo tendrá una forma inclinada, cóncava o
de plato, los segmentos radiales del dispositivo de evacuación se
extenderán desde el máximo extremo inferior en una zona central
radial del receptáculo hasta un extremo superior que se eleva desde
el extremo inferior y está separado radialmente del centro del
receptáculo. Los segmentos radiales estarán, por tanto, inclinados
y se conectarán de modo preferente a una cámara central de
evacuación de disposición radial. Debido a la inclinación de los
segmentos, mejorará la evacuación del líquido filtrado en el
interior de la cámara de evacuación. Los segmentos pueden extenderse
hasta el punto más inferior del receptáculo con respecto a la
superficie interior de la parte inferior del receptáculo con forma
de plato, cóncava o inclinada. Los dispositivos que presenta el
estado de la técnica anterior consistían en segmentos sin
configuración radial de un dispositivo de evacuación que se extendía
de forma horizontal.
Oportunamente, las aberturas correspondientes a
la salida del contraflujo o la entrada del medio de filtración al
dispositivo de evacuación están situadas en la mayor parte de la
longitud del segmento radial. Para ello, a intervalos regulares se
pueden practicar aberturas o elementos similares a lo largo de la
extensión del segmento. Oportunamente, las aberturas estarán
provistas de un filtro o una rejilla de protección destinados a
impedir que el medio de filtración penetre en el dispositivo de
evacuación.
En modo contraflujo se utilizan índices elevados
de flujo para garantizar el rendimiento del ciclo de contraflujo
sin que se produzcan pérdidas del medio de filtración. La finalidad
del ciclo de contraflujo consiste en eliminar residuos de la masa
del medio de filtración y eliminar el riesgo del desarrollo de
colonias patógenas en el interior del medio. De este modo se reduce
el menoscabo del rendimiento del filtro y, por consiguiente, se
prolonga la vida útil del medio de filtración. Es preferible que se
produzcan indices elevados de flujo durante el ciclo de contraflujo
para que éste resulte eficiente siendo de corta duración y se
reduzca el volumen de agua utilizado, con lo que disminuyen los
consiguientes gastos de funcionamiento.
El presente invento se describe a continuación
en forma de realizaciones específicas y a modo de ejemplo, tomando
únicamente como referencia los gráficos que se acompañan, en los
que:
La figura 1 consiste en una vista esquemática de
una primera realización de un aparato de filtración de conformidad
con el presente invento;
la figura 2 consiste en una vista en planta de
un dispositivo de evacuación del aparato de filtración de la figura
1;
las figuras 3a, 3b y 3c consisten
respectivamente en una vista en planta, lateral y en detalle de la
disposición del dispositivo de admisión de líquido de conformidad
con el aparato del presente invento;
las figuras 4a, 4b y 4c consisten
respectivamente en una vista transversal, lateral y en detalle de
una realización opcional de un dispositivo de admisión de líquido
ajeno al ámbito del presente invento, y
la figura 5 consiste en una vista lateral
esquemática de un segmento del dispositivo de evacuación, como el
dispositivo de evacuación que muestra la figura 2.
Con referencia a los gráficos, y en primer lugar
a la figura 1, se muestra un filtro de arena presurizado 1 formado
por un receptáculo de filtración 2 provisto de un dispositivo de
admisión de líquido 3 y un dispositivo de evacuación del líquido de
filtración 4. El dispositivo de evacuación 4 también suministra
líquido de contraflujo en "modo contraflujo" (como se
describirá más adelante).
El receptáculo 2 posee una base inferior interna
5 de forma cónica sobre la que descansa el lecho de filtración del
medio 6 que se extiende en dirección ascendente hasta
aproximadamente la mitad de la profundidad del receptáculo 2. El
medio de filtración comprende normalmente una masa formada por un
material en partículas, como puede ser un filtro de arena cuyo grado
puede ser único o múltiple según la aplicación a que esté destinado
dicho filtro. También se puede utilizar carbón o carbono activo u
otro material en forma de partículas.
El liquido (agua) que se desea filtrar se dirige
bajo presión al interior del receptáculo 2 a través del dispositivo
de admisión 3, de forma que el volumen presurizado 8 de líquido
quede situado encima de la superficie 7 del lecho del medio de
filtración 6 de la cámara de expansión 8.
Una característica importante del presente
invento es la capacidad del dispositivo de admisión 3 para dirigir
el líquido de entrada sin filtrar y sometido a presión de tal forma
que cuando se produzca la entrada en el interior de la cámara de
expansión 8, se produzca la rotación de la masa de liquido 8 de
dicha cámara alrededor del eje central del receptáculo 2. Este
efecto permite que se alcance un estado similar al equilibrio
hidráulico en la zona de contacto del medio liquido/filtro, con lo
que se crea un flujo constante a través del lecho de filtración, se
reducen los remolinos y se evita la formación de túneles en el medio
de filtración.
Con la finalidad de lograr este objetivo, la
admisión de líquido está formada por un cabezal de filtración 10
provisto de múltiples brazos radiales 11 separados entre sí por una
distancia regular y que se extienden hacia el exterior desde una
cámara central impelente 12. Esta cámara central impelente 12
dispone de una serie de perforaciones que permiten que el líquido
sin filtrar pueda penetrar directamente en la cámara de expansión
8, mientras que una gran cantidad del líquido que está entrando se
dirige a través de los brazos 11 como se describirá a
continuación.
Los brazos 11 se comunican con la cámara
impelente 12 y en general presentan una sección transversal tubular
(según se muestra con mayor claridad en la figura 3c). Cada uno de
los brazos 11 está provisto de las correspondientes ranuras en
ángulo 13, estando configuradas dichas ranuras 13 de modo que
dirigen el chorro de líquido sometido a presión que expele el brazo
11 en sentido transversal a la dirección longitudinal del brazo 11.
Como puede apreciarse en la figura 3c, las ranuras 13 están
dispuestas para poder dirigir el chorro de líquido de salida también
en ángulo inclinado y sentido descendente hacia el interior del
receptáculo.
La figura 3c muestra una ranura opcional 13a.
Conviene observar que las ranuras 13 y 13a no pertenecen a una
misma reali7arión. Las ranuras 13 y 13a se presentan a modo de
opciones diferentes según la utilización tenga lugar en el
hemisferio norte o bien en el hemisferio sur, cuando se precise
obtener una rotación en sentido contrario del liquido que contiene
la cámara de expansión 8.
Con referencia a la figura 3a, cada uno de los
segmentos 11 dirige el líquido de forma tangencial (transversal a
la dirección longitudinal de los respectivos brazos 11) en el
sentido de las flechas X. Este chorro direccional de liquido de
admisión es suficiente para que se inicie el flujo de rotación
requerido en la masa del líquido sometido a presión contenido en la
cámara de expansión 8.
Con referencia a las figuras 4 y 4a, muestran un
dispositivo opcional 103 que no forma parte del ámbito del presente
invento y que comprende un nodo de una cámara de expansión central
112, y una serie de hélices 111 de forma curvada situadas en ángulo
y a distancias regulares del nodo 112 y que se extienden hacia el
exterior del nodo de la cámara de expansión central 112. La
superficie inferior 120 del dispositivo de admisión 103 comprende
una serie de ranuras 113 separadas a distancias regulares en forma
de ángulo que se extienden radialmente y una placa deflectora 115
soldada que dirige el líquido sometido a presión en la dirección de
admisión requerida hacia el interior del recipiente 2. Las hélices
111 dirigen de forma radial hacia el exterior el agua que penetra en
el dispositivo de admisión, parte de ella pasa a través de las
ranuras 113 y el resto sale tangencialmente entre las aperturas de
salida situadas entre los extremos distales de las hélices 111 y la
parte posterior de la hélice adyacente.
El dispositivo de evacuación 4 (que se muestra
con mayor claridad en las figuras 1, 2 y 5) está formado por una
serie de segmentos 20 separados en forma angular que se extienden
radialmente y que comunican con una cámara axial de evacuación 21.
Los segmentos descansan lo más cerca posible sobre la base cóncava
5 del receptáculo 2, y se extienden de forma inclinada y ascendente
desde la cámara de evacuación 21 hasta sus respectivos extremos
distales más alejados radialmente. Se trata de una variación de
otros dispositivos habituales en el estado de la técnica anterior,
en los que existe una red de segmentos de evacuación lateral e
intersección perpendicular, los cuales están montados de forma
horizontal sobre una base de cemento u otro material sólido. La
orientación inclinada de los segmentos de evacuación 20 que
proporciona la evacuación en el interior de una cámara de
evacuación central o nodo, se considera una novedad y un invento de
por sí.
Con referencia a la figura 5 y a la figura 2 en
particular, cada uno de los segmentos radiales 20 está provisto de
elementos de abertura que permiten que el líquido filtrado se
introduzca (y el líquido de contraflujo salga) a través de un lado
preferente del segmento pertinente. El lado preferente es común a
la mayoría o a todos los segmentos 20 del conjunto radial. En la
realización que se muestra, una serie de ranuras 25 separadas por
distancias regulares se extienden por toda la longitud del lado
pertinente del correspondiente segmento 20. Las ranuras 25 están
recubiertas por una rejilla 26 fina de acero inoxidable con la
finalidad de garantizar que el material de filtración de arena no
penetre en el dispositivo de evacuación 4. En modo de contraflujo,
el agua de contraflujo que se vuelve a bombear a través del
dispositivo de evacuación 4 se dirige a las aberturas 25 que, al
dirigirse en sentido rotacional normal todos los segmentos 20 del
dispositivo de evacuación 4, produce la fluidización del lecho del
medio de filtración 6 y la rotación masiva en sentido normal de la
masa de material de filtración alrededor del eje central del
receptáculo 2. Se ha comprobado que la fluidización y la rotación
del lecho de filtración mejoran el rendimiento del contraflujo.
Si se montan los segmentos de evacuación
directamente en un medio de filtración de arena (en lugar de
montarlos sobre grava situada sobre una base de cemento como se
hacía en la técnica anterior), se obtiene la fluidización y la
rotación del contraflujo del lecho de filtración de arena. Esta
disposición se considera una novedad y un invento de por sí.
El presente invento proporciona mejoras
relacionadas con el rendimiento de un aparato de filtración, ya que
mejora la distribución de la admisión del líquido que se desea
filtrar en el interior de un receptáculo de filtración, así como la
capacidad y el rendimiento de la salida de evacuación y del
contraflujo.
\vskip1.000000\baselineskip
La relación de referencias que menciona el
solicitante se facilita únicamente para una mejor comprensión del
lector y no forma parte del documento correspondiente a la patente
europea. Aunque se ha puesto mucho cuidado en la compilación de las
referencias, no se pueden descartar los errores o las omisiones y la
EPO declina cualquier responsabilidad a este efecto.
- GB 1342082 A [003]
Claims (17)
1. Aparato de filtración formado por:
un receptáculo de filtración (2);
un dispositivo de admisión (3) para introducir
en el interior del receptáculo de filtración (2) el elemento líquido
que se desea filtrar;
una masa de medio de filtración (6) situado en
el receptáculo de filtración (2);
un dispositivo de evacuación (4) para recibir el
líquido de filtración para que salga del receptáculo de
filtración,
que se caracteriza en que el dispositivo
de admisión (3) está formado por varios brazos conductores (11) que
se extienden de forma radial, estando cada uno de ellos provisto de
medios de salida (13) que dirigen el líquido presurizado sin
filtrar de forma transversal a la dirección radial; los medios de
salida del brazo conductor radial (13) que dirigen el liquido
presurizado en ángulo agudo hacia el exterior y de forma ascendente
desde el dispositivo de admisión situado en el interior del
receptáculo, a fin de producir un flujo rotativo en el interior del
receptáculo que contiene el líquido sin filtrar.
2. Un aparato de filtración de conformidad con
la reivindicación 1, en el que un dispositivo de admisión (3) está
dispuesto de forma que cuando está en funcionamiento, la
configuración del flujo en el interior del receptáculo produce que
se maximice la longitud del flujo desde el dispositivo de admisión
hasta la zona de contacto entre el medio líquido/filtro.
3. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
configuración de los brazos conductores (11) permite dirigir el
líquido de salida tanto en el sentido normal de las agujas del
reloj como en el sentido contrario de las agujas del reloj.
4. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los brazos
conductores radiales (11) están separados por distancias regulares
alrededor de un eje.
5. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los brazos
conductores están conectados a una cámara central (12) o de admisión
de un nodo impelente.
6. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación (4) comprende varios brazos que se
extienden de forma radial (20).
7. Un aparato de filtración de conformidad con
la reivindicación 6, en el que los segmentos del dispositivo de
evacuación contienen aberturas, ranuras u otros elementos que
permitan el paso de un líquido (25) para que actúe como medio de
distribución del líquido de contraflujo en modo de contraflujo o
como medio de recogida del líquido filtrado en "modo de
filtración" normal.
8. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación (4) comprende varios brazos que se
extienden de forma radial (20) y un medio de distribución del
líquido procedente del contraflujo (25) cuya configuración permite
la distribución del líquido procedente del contraflujo en dirección
transversal a la dirección longitudinal de los brazos
correspondientes.
9. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:
i) el dispositivo de evacuación (4) comprende
varios brazos que se extienden de forma radial y medios de
evacuación del contraflujo de los brazos del dispositivo de
evacuación, estando configurado de forma que en modo de contraflujo
la mayoría de los brazos dirijan el agua tanto en el sentido de las
agujas del reloj, como el sentido contrario al de las agujas del
reloj, o
ii) el dispositivo de evacuación está situado en
dirección a la base interior (5) del receptáculo (2).
10. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación (4) comprende varios brazos que se
extienden de forma radial (20) y una base interior del receptáculo
(5) inclinada, cóncava o en forma de plato, extendiéndose los
brazos radiales (20) del dispositivo de evacuación desde el extremo
inferior de la zona radial central del receptáculo hasta un extremo
superior que se eleva del extremo inferior y está separado de forma
radial del centro del receptáculo.
11. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación comprende varios brazos que se extienden
de forma radial (20), estando dichos brazos radiales inclinados.
12. Un aparato de filtración de conformidad con
la reivindicación 11, en el que los brazos están inclinados
horizontalmente y producen la evacuación de líquido filtrado a lo
largo de los brazos inclinados hasta la salida del dispositivo.
13. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación comprende varios brazos que se extienden
de forma radial (20), estando conectados dichos brazos radiales a
una cámara de evacuación central de disposición radial.
14. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación (4) comprende varios brazos que se
extienden de forma radial (20), una serie de aberturas (25) para la
salida del líquido procedente del contraflujo o para la admisión del
líquido filtrado en el interior del dispositivo de evacuación que
está situado prácticamente en casi toda la longitud del
correspondiente brazo radial.
15. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la salida
del líquido procedente del contraflujo o la entrada del líquido
filtrado en el dispositivo de evacuación están ambas provistas de
un filtro o de una rejilla de protección (26) que impiden que el
medio de filtración pueda penetrar en el dispositivo de
evacuación.
16. Un aparato de filtración de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
dispositivo de evacuación (4) están configurado en modo contraflujo
para permitir la introducción del líquido procedente del
contraflujo en el medio de filtración (6) mediante un flujo
rotatorio en el interior del receptáculo.
17. La utilización de un aparato de filtración
de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en las que el medio sin filtrar del receptáculo por encima del medio
de filtración, está sometido a presión.
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