ES2625018T3

ES2625018T3 - Dispositivo de control de tapón

Info

Publication number: ES2625018T3
Application number: ES13805579.3T
Authority: ES
Inventors: Andrea De Luca; Stefano DEL TEDESCO
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: EP2916979A2; CN104822475A; WO2014072943A3; ITMI20121914A1; US20150292645A1; WO2014072943A2; EP2916979B1; US10024455B2

Abstract

Un dispositivo de control (1) para un tapón (3), pudiendo utilizarse dicho dispositivo de control (1) para ajustar la salida de acero líquido de un recipiente (4), comprendiendo dicho dispositivo de control (1): - una carcasa exterior (10), - una varilla de control (6) que se desliza a través de dicha carcasa exterior (10), fijable de forma rígida a dicho tapón (3), - un circuito hidráulico (20) que incluye un cilindro hidráulico de doble efecto (21) y una bomba hidráulica (9), teniendo dicho cilindro hidráulico de doble efecto (21) una primera y una segunda cámaras (21a,b) entre las que el pistón (22) se desliza, estando dicha bomba hidráulica (9) conectada a dichas primera y segunda cámaras (21a, b), estando dicho pistón unido a dicha varilla de control (6), - un circuito de control (30) conectado a dicho circuito hidráulico (20) para controlar la posición de dicho pistón (22), caracterizado por que dicha bomba hidráulica (9) es una bomba reversible conectada directamente a dichas primera y segunda cámaras (21a, b) de dicho accionador hidráulico (21), respectivamente por medio de una primera ramificación y una segunda ramificación (20a, b) de dicho circuito hidráulico (20).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de control de tapon.

CAMPO DE LA INVENCION

[0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo de control para un tapon que se puede usar para ajustar la salida de acero liquido desde una cuchara de colada o una artesa.

ESTADO DE LA TECNICA

[0002] El tapon o vastago de tapon es un elemento conocido en las acerias que ajusta la salida de una pieza de fundicion de acero liquido de una cuchara de colada o una artesa hacia una lingotera interactuando con un agujero u orificio calibrado.

[0003] Tipicamente, el tapon se ajusta continuamente en funcion del nivel de acero en la lingotera. Tal nivel es supervisado, tambien continuamente, por un sensor radiactivo que envia una senal a un controlador logico programable (conocido como PLC) que controla un dispositivo de control de tapon motorizado. El tapon debe ser controlado para garantizar la presencia de un menisco estable en la lingotera en todas las condiciones operativas. Por lo tanto, el dispositivo de mando debe garantizar una alta velocidad de accionamiento del tapon, especialmente para altas velocidades de colada.

[0004] Existen dos tipos de dispositivos de control conocidos en la tecnica que se ha mencionado anteriormente: electromecanicos e hidraulicos. Los dispositivos electromecanicos ajustan el desplazamiento del tapon por medio de un motor electrico y un mecanismo conectado al motor, que comprende un engranaje helicoidal o un pinon y una cremallera respectiva. Las principales desventajas de los dispositivos electromecanicos son:

- Tiempos de respuesta lentos

- Piezas complejas

- Elevado numero de componentes mecanicos con respecto a otras soluciones, lo que implica huelgo, y el consiguiente control de la posicion del tapon inexacto y la necesidad de operaciones de mantenimiento frecuentes para comprobar y ajustar dicho huelgo.

[0005] Ademas, debido a la presencia de dicho huelgo, la posicion del tapon debe determinarse por medio de un transductor de desplazamiento lineal directamente sobre el brazo de soporte de tapon. Un sensor de este tipo esta tipicamente sometido a funcionamientos erroneos.

[0006] Los dispositivos hidraulicos o hidrodinamicos, en cambio, permiten obtener una mejor respuesta con respecto a los dispositivos electromagneticos, pero generalmente requieren la presencia de unidades de control hidraulicas y valvulas, con el consiguiente aumento considerable de dimensiones y costes. Tambien en este caso es necesario un mantenimiento frecuente debido a la presencia, en particular, de un elevado numero de piezas moviles sujetas al desgaste entre la varilla de elevacion, que ajusta el movimiento ascendente o descendente del tapon, y el servomotor y las necesidades de presencia de un sistema de filtro de aceite. Adicionalmente, los dispositivos hidraulicos convencionales son de tipo disipativo: de hecho, requieren que el fluido circule continuamente aguas arriba por una servovalvula, lo que permite el paso hacia un accionador hidraulico solamente cuando sea necesario. Un dispositivo de este tipo requiere una cantidad considerable de fluido proporcionado por una fuente externa e implica un consumo continuo de energia para generar la circulacion del fluido.

[0007] Un ejemplo de un dispositivo de control de tapon hidraulico se describe en la patente US5421559. En tal dispositivo, el movimiento vertical de la varilla de elevacion se transmite por medio de un elemento exterior rigido solidario a la misma y conectado a una unidad de accionamiento por medio de una varilla de un piston que se desliza en un cilindro. Adicionalmente se proporciona un sistema de valvulas complejo para controlar el flujo de fluido hidraulico para accionar el piston. Esta solucion implica la presencia de un deposito externo para el fluido hidraulico al que se debe conectar el dispositivo por medio de tuberias. Ademas, la conexion entre el elemento rigido y la varilla de elevacion determina la presencia de huelgo tambien para este tipo de dispositivo.

[0008] Ademas, las servovalvulas comprendidas generalmente en los dispositivos hidraulicos convencionales determinan una pluralidad de inconvenientes, siendo los principales:

- Velocidad de funcionamiento lenta de la servovalvula con la consiguiente baja reactividad global del circuito hidraulico;

- operacion de circuito abierto con la consiguiente necesidad de proporcionar accesorios hidraulicos externos;

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- altos costes de funcionamiento y mantenimiento, ya que las servovalvulas normalmente tienen ciclos de vida cortos.

RESUMEN DE LA INVENCION

[0009] Por lo tanto, es una tarea especifica de esta invencion proporcionar un dispositivo de control de tapon que permita ajustar la salida de acero liquido a traves de una cuchara de colada o artesa que resuelva los inconvenientes descritos anteriormente con referencia a la tecnica anterior mencionada.

[0010] En particular, se pretende proporcionar un dispositivo que sea conservador, es decir, que solo consuma la cantidad de energia necesaria para mover el tapon.

[0011] Es un objeto adicional proporcionar un dispositivo que permita alcanzar buenos niveles de rendimiento, en cuanto a reactividad y precision, garantizando al mismo tiempo dimensiones pequenas.

[0012] Otro objeto es el de cancelar los juegos de todos los componentes implicados en el accionamiento del tapon, permitiendo asi ajustar el flujo de acero con mayor precision.

[0013] Otro objetivo es fabricar un dispositivo hidraulico que tenga un bajo nivel de mantenimiento.

[0014] Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un dispositivo de control hidraulico de tapon controlado por un circuito hidraulico que sea mucho mas pequeno de tamano que las soluciones conocidas, en cuando a longitud de la linea hidraulica y cantidad de fluido necesario en su conjunto.

[0015] Dichos objetos son alcanzados por un dispositivo de control para un tapon, comprendiendo dicho dispositivo:

- una carcasa exterior,

- una varilla de control que se desliza a traves de dicha carcasa, fijable de forma rigida a dicho tapon,

- un circuito hidraulico que incluye un cilindro hidraulico de doble efecto y una bomba hidraulica reversible, teniendo dicho cilindro hidraulico una primera y una segunda camaras entre las cuales se desliza un piston, estando dicha bomba hidraulica conectada a dichas primera y segunda camaras, estando dicho piston firmemente unido a dicha varilla de control,

- un circuito de control conectado a dicho circuito hidraulico para controlar la posicion de dicho piston,

estando dicho dispositivo caracterizado por que dicha bomba reversible esta conectada directamente a dichas primera y segunda camaras de dicho accionador hidraulico por medio de una primera ramificacion y una segunda ramificacion de dicho circuito hidraulico, respectivamente.

[0016] De acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, los problemas mencionados anteriormente se resuelven por medio de un aparato que comprende:

- un recipiente de acero fundido que incluye un orificio de drenaje para el flujo de dicho acero fundido,

- un tapon que actua en dicho orificio de drenaje para ajustar dicho flujo de acero,

- un dispositivo de control para dicho tapon que comprende:

- una carcasa exterior,

- un circuito hidraulico que incluye un cilindro hidraulico de doble efecto y una bomba hidraulica reversible, teniendo dicho cilindro hidraulico una primera y una segunda camaras entre las cuales se desliza un piston, estando dicha bomba hidraulica conectada a dichas primera y segunda camaras, estando dicho piston unido a dicha varilla de control,

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

[0017] Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion seran mas evidentes a la luz de la descripcion

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detallada de una realizacion preferida, pero no exclusiva, de un dispositivo de control para un tapon de acuerdo con la presente invencion ilustrado a modo de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- La figura 1 es una vista axonometrica de un dispositivo de control para un tapon para ajustar la salida de

una colada de acuerdo con la presente invencion;

- la figura 2 es una vista en seccion lateral del dispositivo de la figura 1;

- la figura 3 es un diagrama hidraulico para accionar el dispositivo de control de la figura 1.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

[0018] Con referencia a las figuras adjuntas, un dispositivo de control hidraulico de un tapon 3 (mostrado solo parcialmente) ajustando su altura esta indicado por el numero de referencia 1 en su conjunto. El tapon 3 permite ajustar el grado de apertura de un orificio de drenaje (no mostrado) de un recipiente 4 (mostrado solo parcialmente) para metal fundido. El recipiente 4 tipicamente consiste en una artesa. La salida de acero del orificio de drenaje del recipiente 4 se recoge en una lingotera (no mostrada).

[0019] El dispositivo hidraulico 1 comprende una palanca (no mostrada en las figuras adjuntas) mediante la cual la posicion del tapon 3 se puede ajustar manualmente en caso de fallos en el dispositivo hidraulico 1 o en condiciones de emergencia.

[0020] El dispositivo hidraulico 1 comprende un bastidor de contencion 10, en el que se proporciona un circuito hidraulico presurizado y cerrado 20. Con respecto a los circuitos hidraulicos del tipo abierto utilizados en dispositivos hidraulicos disipativos convencionales, que tipicamente comprenden una unidad hidraulica, el circuito hidraulico 20 se caracteriza por un tamano muy pequeno. El circuito hidraulico 20 comprende un accionador hidraulico 21 conectado al tapon 3 para ajustar su altura. El accionador hidraulico 21 es del tipo de doble efecto que comprende una primera y segunda camaras 21a, b, entre las que se desliza un piston 22, estando el piston 22 conectado firmemente a una primera varilla superior 31a y a una segunda varilla inferior 31b, contrapuestas con respecto a la varilla 31a y de igual diametro con respecto a la misma. Las dos camaras 21a y 21b se ponen opcionalmente en comunicacion por medio de una valvula de derivacion normalmente abierta 21c (solo mostrada esquematicamente en la figura 3) o un orificio calibrado, con el fin de hacer el movimiento descendente de la varilla mas rapido en caso de emergencia y facilitar el accionamiento manual. En posibles variantes de la presente invencion, no hay valvula de derivacion 21c. El piston central 22 que se desliza en ambos sentidos de una misma direccion axial coincide con un eje longitudinal X del accionador hidraulico 21. Una varilla de control 6 esta conectada a la varilla superior 31a por medio de un acoplamiento axial rigido colocado en un primer extremo axial 6a de la varilla de control 6 y, por ejemplo, consiste en un acoplamiento roscado que comprende un tornillo 6c alineado a lo largo del eje X. La varilla de control 6 esta de este modo conectada firmemente al piston 22 por medio del acoplamiento con la varilla superior 31a. La varilla de control 6 se desliza a traves de un agujero 10a de la carcasa 10 coaxial con el eje X. El deslizamiento del piston 22 hacia uno u otro de los extremos axiales del accionador hidraulico 21 provoca el movimiento concordante de la varilla de control 6 a lo largo del eje X. La alineacion de la varilla de control 6 y el eje X se mantiene ventajosamente por efecto de una pluralidad de guias lineales con recirculacion de bolas 7.

[0021] El dispositivo hidraulico comprende ademas un brazo 8 conectado firmemente a la varilla de control 6. El brazo 8 se extiende en direccion casi ortogonal al eje X entre un primer extremo 9a y un segundo extremo 8b. El primer extremo 8a esta conectado rigidamente, por ejemplo, por medio de un acoplamiento roscado, a un segundo extremo 6b de la barra de control 6, contrapuesto axialmente al primer extremo 6a. El segundo extremo 8b esta conectado firmemente, por ejemplo, mediante un acoplamiento roscado, al tapon 3. El movimiento de la varilla de control 6 se transmite al tapon 3 por medio del brazo 8.

[0022] Con el fin de controlar el desplazamiento del piston 22, el circuito hidraulico 20 comprende una bomba reversible 9, conectada a la primera y segunda camaras 21a, b del accionador por medio de una primera ramificacion y una segunda ramificacion 20a, b del circuito hidraulico 20, respectivamente. La bomba 9 se coloca dentro del bastidor 10, ventajosamente en el lado de la varilla inferior 31 b.

[0023] La rotacion de la bomba volumetrica reversible 9 en un sentido o en el otro permite enviar aceite directamente a una u otra de las camaras 21a, b del accionador 21, determinando de este modo el movimiento del piston 22 y de la varilla 31 en una direccion o en la direccion opuesta, respectivamente. De acuerdo con otra variante de la invencion, se puede utilizar otro fluido equivalente en el circuito 20 en lugar de aceite.

[0024] La primera y segunda ramificaciones 20a, b estan conectadas aguas arriba de la bomba reversible 9 a un acumulador o fuente de recarga 27, lo que permite recargar cualquier perdida de fluido del circuito hidraulico 20. Una primera y una segunda valvulas de retencion 28a, b, orientadas para impedir el flujo desde la bomba 9 a la fuente de recarga 27 y que permiten el flujo en la direccion opuesta, se proporcionan entre la fuente de recarga 27 y la bomba reversible 9 en la segunda ramificacion 20a, b, respectivamente.

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[0025] La bomba 9 se acciona por un motor electrico 19, ventajosamente del tipo sin escobillas o por etapas, conectado a este de forma fija o por medio de un conector rapido 19a de tipo conocido, por ejemplo, un conector rapido con brida o un conector de bola o un conector de bayoneta. En una posible variante, el accionador 21 puede extraerse del bastidor 10 unido a la bomba reversible 9 y al motor electrico 19 por medio de un conector rapido (no mostrado) entre la varilla de control 6 y el piston 22.

[0026] El uso de la bomba reversible 9 y del motor sin escobillas 19 permite conectar la primera y la segunda camaras 21a, b del accionador 21 directamente a la bomba 9, evitando asi el uso de la servovalvula, normalmente utilizada en otros circuitos hidraulicos. Ademas, esto permite disminuir la cantidad de fluido necesaria en el circuito hidraulico 20 y la longitud total del propio circuito. La cantidad de fluido necesaria para el funcionamiento del circuito hidraulico 20, dada por la cantidad circulante de fluido y el fluido presente en la fuente de recarga 27, puede estar ventajosamente comprendida entre 0,05 y 0,5 litros, preferiblemente entre 0,1 y 0,2 litros. La longitud total de la linea hidraulica en la que circula el fluido esta ventajosamente comprendida entre 0,5 y 2 metros, preferiblemente entre 1 y 1,5 metros.

[0027] La posicion del piston 22 en el cilindro depende asi de la posicion angular del motor 19 de la bomba 9, mientras que la velocidad de movimiento del cilindro depende de la velocidad angular de la bomba 9. La bomba volumetrica reversible 9 permite desplazar la cantidad de liquido realmente necesaria para mover el piston 22 requerido por el sistema de control (en particular pueden fluir pequenos volumenes de aceite). El circuito hidraulico 20 esta cerrado y presurizado, es decir, libre de la unidad de control hidraulica, y por lo tanto, circula siempre en el mismo la misma cantidad de fluido. El motor 19 de la bomba 9 determina cada movimiento de fluido en el circuito hidraulico 20: en consecuencia, si el motor 19 no hace funcionar la bomba 9, el flujo de fluido en cada punto del circuito hidraulico 20 es sustancialmente cero y el piston 22 no se mueve. El dispositivo realizado de este modo es del tipo conservador ya que el consumo de energia esta directamente correlacionado con el desplazamiento del piston 22. En efecto, el dispositivo 1 solo consume la energia necesaria para desplazar el tapon 3 y, cuando el desplazamiento del tapon 3 no es necesario, ya que el fluido en el circuito es estacionario, no hay consumo de energia. La bomba reversible 9, y por lo tanto el accionador 21, se controlan de forma controlada. Con el fin de permitir el control de la bomba reversible 9 y el accionador 21, el dispositivo hidraulico 1 comprende un circuito de control 30 conectado al circuito hidraulico 20. El circuito de control 30 puede basarse, por ejemplo, en metodos predictivos o trabajar en realimentacion de acuerdo con la medicion de algunos parametros operativos. En el caso en el que el sistema de control 20 sea del tipo de realimentacion, puede comprender ventajosamente un sensor de nivel 25 que detecta el nivel de acero en la lingotera y un transductor de presion 24 para detectar la posicion del piston 22. El sensor de nivel 25 detecta el nivel del menisco de acero fundido en la lingotera de manera que se pueda identificar la salida de acero del recipiente 4 que se necesita para obtener el nivel de menisco requerido. El circuito de control 30 comprende adicionalmente una unidad de control 26 por medio de la cual se controla el motor electrico 19. La unidad de control 26 esta conectada al sensor de posicion 24 y al sensor de posicion 25, para poder obtener un control de realimentacion, que comprende:

- Una primera etapa de control en la que la unidad de control 26 recibe datos relacionados con el nivel del menisco desde el sensor 25;

- una segunda etapa de control en la que la unidad de control 26 determina la posicion a la que debe llevarse el tapon 3, es decir, la posicion a la que debe llevarse el piston 22;

- una tercera etapa de control en la que, en base a la posicion del piston 22 recibida desde el transductor de posicion 24, determina el desplazamiento que debe impartirse al piston 22 para alcanzar la posicion determinada durante dicha segunda etapa de control;

- una cuarta etapa de control en la que la unidad de control 26 controla el motor electrico 19 para activar la bomba 9 para enviar aceite a la primera o segunda ramificaciones 20a, b para que el piston 22 pueda alcanzar la posicion determinada durante dicha segunda etapa de control. El control se implementa continuamente.

[0028] En la realizacion mostrada en las figuras, el circuito hidraulico 20, cerrado y presurizado, esta alojado ventajosamente en su totalidad en el bastidor de contencion 10. En otras realizaciones, parte del circuito, por ejemplo, el accionador hidraulico, puede ser llevado a una zona externa al bastidor de contencion 10, pero conectado estrechamente al mismo. En todos los casos, el circuito hidraulico 20 esta cerrado y presurizado y, por lo tanto, no son necesarios accesorios externos ni un tanque de aceite externo al bastidor 10. El circuito hidraulico 20 se puede sellar ventajosamente dentro del bastidor 10 de modo que se aisle del entorno externo que, en general, en el alcance de uso de la presente invencion, es bastante duro por la presencia de suciedad, polvo o similares. Esto permite evitar el desgaste excesivo de los componentes y garantizar un buen funcionamiento del sistema durante un tiempo prolongado, limitando al minimo las operaciones de mantenimiento.

[0029] Al comprender un sistema hidraulico cerrado y presurizado en el que solo se mueve una cantidad minima de aceite, es decir, la cantidad necesaria para mover el piston del accionador hidraulico, el dispositivo de la presente

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invencion no determina desperdicios de energia y, por lo tanto, es conservador. El uso de un dispositivo de este tipo permite ademas obtener un dispositivo hidraulico caracterizado por una alta eficiencia y alta reactividad; esto es promovido ademas por el uso de una bomba hidraulica controlada por un motor electrico que permite alcanzar altas velocidades de funcionamiento.

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[0030] Una ventaja adicional son las fijaciones rigidas entre la varilla superior 31 a, la varilla de control 6, el brazo 8 y el tapon 3, que permiten eliminar o minimizar el juego total entre el piston 22 y el tapon 3.

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REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de control (1) para un tapon (3), pudiendo utilizarse dicho dispositivo de control (1) para ajustar la salida de acero lfquido de un recipiente (4), comprendiendo dicho dispositivo de control (1):

- una carcasa exterior (10),

- una varilla de control (6) que se desliza a traves de dicha carcasa exterior (10), fijable de forma rfgida a dicho tapon (3),

- un circuito hidraulico (20) que incluye un cilindro hidraulico de doble efecto (21) y una bomba hidraulica (9), teniendo dicho cilindro hidraulico de doble efecto (21) una primera y una segunda camaras (21 a,b) entre las que el piston (22) se desliza, estando dicha bomba hidraulica (9) conectada a dichas primera y segunda camaras (21 a, b), estando dicho piston unido a dicha varilla de control (6),

- un circuito de control (30) conectado a dicho circuito hidraulico (20) para controlar la posicion de dicho piston (22),

caracterizado por que dicha bomba hidraulica (9) es una bomba reversible conectada directamente a dichas primera y segunda camaras (21a, b) de dicho accionador hidraulico (21), respectivamente por medio de una primera ramificacion y una segunda ramificacion (20a, b) de dicho circuito hidraulico (20).
2. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho circuito hidraulico (20) esta completamente alojado en dicha carcasa exterior (10).
3. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que dicha bomba reversible (9) es accionada por medio de un motor electrico (19) conectado a dicho circuito de control (30).
4. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha bomba reversible (9) y dicho motor electrico (19) estan conectados entre sf de una manera fija.
5. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que dicha bomba reversible (9) y dicho motor electrico (19) estan conectados entre sf por medio de un conector rapido (19a).
6. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito de control (30) esta controlado por realimentacion.
7. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que dicho circuito de control (30) comprende un transductor de posicion (24) para detectar la posicion del piston (22), estando dicho transductor de posicion (24) alojado en dicha carcasa exterior (10).
8. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que dicho circuito de control (30) comprende una unidad de control (26) conectada a dicho motor electrico (19) y a dicho transductor de posicion (24).
9. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el circuito de control (30) comprende un

sensor de nivel (25) para medir el nivel de acero fundido en una lingotera, estando dicho sensor de nivel (25)

conectado a dicha unidad de control (26).
10. Un dispositivo de control (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho circuito hidraulico (20) incluye una valvula de derivacion (21 c) para poner en comunicacion dichas primera y segunda camaras (21a, b) de dicho cilindro hidraulico de doble efecto (21).
11. Un aparato que comprende:

- un recipiente (4) que incluye un orificio de drenaje para el flujo de acero fundido,

- un tapon (3) que actua en dicho orificio de drenaje para ajustar dicho flujo de acero fundido,

- un dispositivo de control (1) para dicho tapon (3) de acuerdo con una o mas de las reivindicaciones anteriores.