ES2635537T3 - Planta de concentración con secciones de trabajo diferentes - Google Patents

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ES2635537T3
ES2635537T3 ES10747498.3T ES10747498T ES2635537T3 ES 2635537 T3 ES2635537 T3 ES 2635537T3 ES 10747498 T ES10747498 T ES 10747498T ES 2635537 T3 ES2635537 T3 ES 2635537T3
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Abstract

Una planta de concentración con secciones de funcionamiento diferentes que comprende una cubierta (1) tubular externa que se desarrolla verticalmente, interiormente de la cual están comprendidos: un intercambiador (2) de calor en el que circula un fluido de calentamiento procedente de una boca (9) de entrada de fluido, cuyo intercambiador (2) de calor está definido por una placa (3) inferior y una placa (4) superior sobre la cual se fijan la placa (3) inferior y la placa (4) superior y los extremos superior e inferior de un primer haz (5) de tubos que se eleva verticalmente, y un segundo haz (6) de tubos descendentes, en el que el primer y el segundo haces (5, 6) de tubos circulan el producto a procesar, respectivamente en una dirección ascendente y en una dirección descendente; una cámara (7) de suministro, dispuesta internamente a la cubierta (1) e inferiormente a la placa (3) inferior, que establece una boca de entrada del producto (8) en comunicación con los extremos inferiores de los tubos del primer haz (5) de tubos; una cámara (10) superior presurizada, dispuesta superiormente de la placa (4) superior, que establece en comunicación mutua los extremos superiores de los tubos del primer haz (5) de tubos y del segundo haz (6) de tubos; una cámara (11) de separación, que está dispuesta internamente en la cubierta (1) e inferior de la placa (3) inferior y en la que se abren los extremos inferiores de los tubos del segundo haz (6) de tubos y una abertura (13) de salida sobre una pared lateral de la cámara (11) de separación para la salida del vapor generado durante la concentración del producto, caracterizado porque en el fondo cerrado de la cámara (11) de separación está prevista una boca (12) de salida del producto, y la abertura (13) de salida está prevista en la pared lateral de la cubierta (1); está prevista una cámara (15) anular, dispuesta externamente para cerrar al menos la parte de la cubierta (1) sobre la cual está prevista la abertura (13), que está cerrada inferior y superiormente y que establece la abertura (13) en comunicación con una boca (16) de salida para el vapor generado durante la concentración del producto, Estando prevista la boca (16) de salida en la pared externa de la cámara anular en una posición que es aproximadamente diametralmente opuesta a la zona de la cámara anular sobre la que se enfrenta la abertura (13), a la que la abertura (13) se enfrenta.

Description

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DESCRIPCION
Planta de concentracion con secciones de trabajo diferentes.
CAMPO TECNICO
La invencion se refiere a una planta de concentracion con secciones que funcionan de manera diferente. La planta es particularmente aplicable para la concentracion de zumos, pures y consomes de frutas, verduras y similares.
ANTECEDENTES DE LA TECNICA
Una planta de concentracion de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 es conocida a partir del documento US 2 310 234. En la tecnica anterior para concentrar zumos, se usan normalmente plantas de concentracion de efectos multiples en las que la concentracion se alcanza por evaporacion. Las plantas de concentracion de efectos multiples utilizadas para zumos y pures de frutas y hortalizas se realizan normalmente utilizando diferentes tipos de funciones, en particular evaporadores de circulacion forzada y evaporadores de peNcula descendente.
En general, cada efecto de concentracion se basa en un haz de tubos verticales en el que estan dispuestas una pluralidad de tubos, cuyos extremos estan clavados en dos placas paralelas, respectivamente una placa superior y una placa inferior, de manera que los extremos superiores de los tubos se abren en una zona de entrada del producto mientras sus extremos inferiores se abren en una zona inferior del evaporador, la camara de separacion, en la que el producto pierde agua por evaporacion rapida y se enfna; el producto se envfa a otras estaciones de trabajo.
Los tubos estan cerrados en una cubierta, generalmente cilmdrica y delimitada por las dos placas paralelas, en cuyo interior circula un fluido de calentamiento, que es generalmente vapor. La superficie externa de los tubos es golpeada por el fluido de calentamiento mientras a traves de la superficie interna de la misma se hace fluir el producto que se calienta y pierde agua en forma de vapor y, por lo tanto, se hace mas concentrado.
En los evaporadores de circulacion forzada, el producto llena completamente el interior de los tubos, mientras que, en el caso de los evaporadores de peNcula descendente, el producto forma una fina peNcula descendente sobre la parte interna del tubo.
En estas plantas el haz de tubos se puede dividir en dos o mas sectores que estan dispuestos en serie de modo que el producto que cae del primer sector y llega a la camara de separacion es regresado a la parte superior del haz de tubos y se hace descender en los sectores subsiguientes.
El producto se extrae entonces de la camara de separacion una vez que ha pasado a traves del sector final. Estas plantas y su funcionamiento son conocidas en la tecnica anterior.
El objetivo de la presente invencion es realizar una planta de concentracion que sea de construccion mas sencilla con respecto a las plantas conocidas, que sea simple para regular y en la que sea posible obtener diversos tipos de funcionamiento de acuerdo con la viscosidad de los productos que se estan trabajando.
Una ventaja de la invencion es que permite concentrar productos que tienen una amplia gama de viscosidad.
Otra ventaja de la invencion es que reduce el consumo de energfa requerido para el funcionamiento de la planta.
Estos objetivos y ventajas y otros, ademas, son todos alcanzados por la invencion como se caracteriza en las siguientes reivindicaciones.
Otras caractensticas y ventajas emergeran mas completamente de la descripcion detallada que sigue de una realizacion preferida pero no exclusiva de la planta de la invencion, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo en las figuras adjuntas de los dibujos, en las que:
la figura 1 es una vista en perspectiva de la planta de acuerdo con una realizacion de la invencion;
la figura 2 es una seccion de elevacion vertical de la planta de acuerdo con una realizacion de la invencion, con algunas partes retiradas;
la figura 3 es una seccion hecha a lo largo del plano MI-IM de la figura 2; la figura 4 es una seccion hecha a lo largo del plano VI-VI de la figura 2; la figura 5 es un detalle a escala ampliada de la figura 2.
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DIVULGACION DE UNA REALIZACION DE LA INVENCION
La planta comprende una cubierta 1 tubular externa que es de forma cilmdrica y se desarrolla en una direccion vertical. En el interior de la cubierta cilmdrica hay un intercambiador 2 de calor que esta definido, aparte de la superficie externa de la cubierta 1, por una placa 3 inferior y una placa 4 superior. Los extremos abiertos, inferiores y superiores, de un primer haz de tubos 5 ascendentes verticales y un segundo haz de tubos 6 descendentes verticales se fijan por union de dilatacion y/o soldadura en las placas inferior 3 y superior 4. Los dos haces tubulares estan dispuestos de tal manera que todos los tubos del primer y segundo haz estan proximos entre si, de modo que se creen dos sectores distintos, uno de los cuales contiene el primer haz y el otro el segundo haz. Los tubos de ambos haces estan dispuestos verticalmente y paralelos entre sf
Un fluido de calentamiento fluye al interior del intercambiador, fluido que es generalmente vapor procedente de una boca 9 de entrada de fluido proporcionada en la pared externa de la cubierta 1; como la planta de la invencion tambien se utiliza para realizar uno de los efectos de una planta de efectos multiples, el fluido de calentamiento puede, como sucede en plantas conocidas, venir directamente de un generador de vapor o puede venir de otro efecto de planta de efecto multiple. Evidentemente, se proporciona una salida 20 en el fondo del intercambiador para la condensacion que se genera internamente del intercambiador.
Los tubos de los dos sectores estan todos contenidos internamente en el intercambiador y son golpeados por el fluido de calentamiento que circula en el calentador; los tubos estan sin embargo separados por una superficie ideal que, proyectada sobre las placas, define una lmea 21 de separacion que, en el ejemplo ilustrado, es una lmea curvada. Una camara 7 de suministro esta dispuesta internamente en la cubierta 1 e inferior de la placa 3 inferior, cuya camara 7 establece una boca 8 de entrada del producto, dispuesta en la pared externa de la cubierta 1, en comunicacion con los extremos inferiores de los tubos del primer haz 5 de tubos. La camara 7 de suministro esta dispuesta por debajo del sector en el que estan situados los tubos del primer haz 5 de tubos y esta delimitada superiormente por el lado de la placa inferior sobre la cual los extremos inferiores de los tubos del primer haz de tubos estan unidos por expansion y/o soldadura, e inferiormente por una pared de fondo inclinada hacia arriba en la proximidad del extremo inferior del cual esta situada la boca 8 de entrada del producto, producto que es enviado a la boca de entrada por una bomba de tipo conocido y no ilustrada. La camara de suministro esta delimitada lateralmente por la superficie externa de la cubierta 1 y por una pared lateral conformada internamente de la cubierta 1, que reproduce la progresion de la lmea 21 de separacion, de la que se mencionara aqrn mas adelante. La inclinacion de la pared de fondo de la camara 7 evita que el producto se acumule y se estanque.
La planta comprende ademas una camara 10 superior presurizada que esta dispuesta por arriba de la placa 4 superior y que coloca los extremos superiores del primer haz de tubos y el segundo haz de tubos en comunicacion; la camara superior esta hermeticamente cerrada superiormente por una tapa 22 que esta integralmente conectada al borde superior de la cubierta 1; La conexion entre la cubierta 1 y la tapa es desmontable para permitir la inspeccion de la camara cuando se requiera, o para operaciones normales de limpieza.
Como se ha mencionado anteriormente, la camara 10 superior esta presurizada: con el fin de poder mantener el producto en la camara bajo presion, la suma de las superficies de las secciones de los extremos superiores de los tubos del primer haz de tubos es mayor que la suma de las superficies de las secciones de los extremos superiores de los tubos del segundo haz. En particular, por razones que se describiran mas detalladamente a continuacion, se forma un obturador 14 en cada uno de los extremos superiores de los tubos del segundo haz de tubos, tal obturador 14 reduce la seccion de entrada de cada tubo y determina una perdida de carga que esta localizada en el paso del producto desde la camara 10 superior a cada uno de los tubos del segundo haz.
Una camara 11 de separacion esta situada internamente a la cubierta 1 e inferior a la placa 3 inferior, estando los extremos inferiores de los tubos del segundo haz que se abren en la camara 11. Una boca 12 de salida para el producto se proporciona en el fondo cerrado de la camara 11 de separacion, cuyo fondo tiene una forma conica con la parte conica hacia arriba para evitar la formacion de puntos de estancamiento del producto, proporcionandose la boca 12 de salida en proximidad de la base mas grande de la pared de fondo.
Se proporciona una abertura 13 de salida para el vapor generado durante la concentracion del producto en la pared lateral de la cubierta 1 que cierra la camara de separacion. La abertura 13 esta conformada como una ranura vertical y esta dispuesta de manera que no interesa la zona terminal inferior de la camara de separacion. Una camara 15 anular esta formada exteriormente a la parte de la cubierta 1 que se proporciona a la abertura 13, cuya camara 15 esta cerrada inferior y superiormente y que establece la abertura 13 en comunicacion con una boca 16 de salida para los vapores generados durante la concentracion del producto; la boca 16 de salida esta dispuesta sobre la pared externa de la camara anular en una posicion que es diametralmente opuesta a la zona de la camara 15 anular en la que se enfrenta la abertura 13. La camara 11 de separacion y la camara 15 anular se mantienen bajo depresion por un sistema de tipo conocido y no ilustrado para aspirar el vapor que esta conectado a la boca 16 de salida y que aspira el vapor en la camara 11 de separacion y la camara 15 anular.
Una pared 17 separadora esta dispuesta internamente en la camara 11 de separacion, que separa la camara en dos zonas: una zona 11a de descenso, en la que el fluido desciende (producto y vapor) en la salida de los tubos del
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segundo haz de tubos; una zona 11b de elevacion en la que se eleva el vapor en la camara de separacion. Estas dos zonas estan separadas entre s^ y conectadas solamente en la zona inferior de la propia camara de separacion. La pared 17 separadora parte de la placa inferior y se extiende verticalmente hacia el fondo de la camara de separacion; la pared 17 esta formada a partir de una lamina metalica cuyo perfil reproduce la lmea 21 de separacion curvada a la cual la lamina esta conectada superiormente, que esta conectada lateralmente, por ejemplo, por soldadura, a la superficie interna de la cubierta 1. La lamina tambien define ventajosamente la pared lateral conformada que, junto con una parte de la superficie externa de la cubierta 1, cierra lateralmente la camara 7 de suministro.
Un sifon esta definido por la pared 17 separadora en la camara de separacion, cuyo sifon esta dispuesto entre los extremos de salida de los tubos del segundo haz de tubos y la abertura 13 de salida y que limita el vapor que sale de la camara de separacion para correr a lo largo de la zona 11a de descenso y la zona 11b de elevacion antes de salir de la salida 13, requiriendo asf un cambio de 180° en direccion hacia el vapor que sale.
En una simplificacion ventajosa de la construccion de la planta, la cubierta 1 tubular externa se extiende por debajo de la camara 11 de separacion y define una base 1a de descanso para la planta; los pies 18 de descanso estan comprendidos solidariamente conectados a la pared externa de la parte de la cubierta 1 que define la base de descanso y que ensanchan la base de descanso de manera que aumenta la estabilidad de toda la planta.
El flujo de los lfquidos internamente de la planta se produce de la siguiente manera.
El fluido de calentamiento entra en el intercambiador de calor a traves de la boca de entrada 9, calienta todos los tubos internamente del intercambiador, se condensa y la condensacion sale a traves de la salida 20.
El producto para tratar entra en la camara 7 de suministro a traves de la boca 8, se eleva hacia la camara 10 superior a traves de los tubos del primer haz de tubos y desde allf cruza los tubos del segundo haz de tubos, desciende dentro de la camara 11 de separacion y sale de la planta a traves de la boca 12.
El vapor generado en los tubos y la camara de separacion siguiendo la concentracion del flujo de producto a traves de la zona 11a de descenso y la zona 11b de elevacion de la camara 11 de separacion desde la cual salen a traves de la abertura 13 de salida para entrar en la camara 15 anular. Despues de haber recorrido a traves de la camara 15 anular salen, aspirados a traves de la boca 16.
La presencia de la pared 17, que obviamente esta interrumpida a una altura tal que no alcanza el fondo de la camara 11 de separacion en la que llega el producto y nunca se sumerge en el producto presente en el fondo, evita que el vapor salga directamente a traves de la abertura 13, lo que conducina al arrastre de partfculas de producto por el vapor que sale. De acuerdo con las caractensticas de la viscosidad dinamica del fluido, se pueden realizar diversos tipos de funcionamiento en la planta, es decir:
a) un regimen de intercambio bifasico, con evaporacion interna de los tubos, tanto en los haces de tubos como en las secciones; esto ocurre por ejemplo con zumos claros o turbios de baja viscosidad, con una viscosidad dinamica de aproximadamente 50 a 500 cP (centiPoise). En este regimen de funcionamiento, la evaporacion comienza internamente de los tubos de elevacion y la formacion relativa del vapor en el interior de los tubos genera una redistribucion del fluido hacia las paredes internas de los tubos con la consiguiente formacion de una pelfcula turbulenta ascendente; en los tubos descendentes hay evaporacion o en cualquier caso un flujo que no crea un tubo lleno;
b) un regimen de intercambio monofasico (circulacion sin ebullicion) en el haz de tubos de elevacion y un regimen de intercambio de calor de dos fases en los tubos descendentes; esto ocurre por ejemplo para pastas alimenticias viscosas, con una viscosidad dinamica de aproximadamente 100 a 1000 cP. Con este regimen de funcionamiento hay un flujo de tubo completo (laminar o turbulento principalmente de acuerdo con la viscosidad del producto) en los tubos de elevacion; en los tubos descendentes hay evaporacion o en cualquier caso un flujo que no crea un tubo lleno;
c) un regimen de intercambio monofasico en los tubos de elevacion y descenso; esto ocurre por ejemplo para pastas alimenticias muy viscosas con una viscosidad dinamica de aproximadamente 1000 a 5000 cP. Con este regimen de funcionamiento, existe un flujo de tubo completo tanto en los tubos de elevacion como en los tubos descendentes, con una posible evaporacion interna de los tubos solamente en la parte final de la seccion descendente.
El funcionamiento de la planta de la invencion puede modificarse tanto en terminos del regimen de intercambio de calor en el intercambiador como en cuanto al proceso de concentracion.
El regimen de intercambio de calor de las dos secciones de elevacion y descenso depende esencialmente, aparte de la temperatura del fluido de calentamiento, sobre el caudal impuesto por la bomba de circulacion y el tamano de los obturadores 14, y por tanto sobre la sobrepresion en la boca de la seccion descendente. Las modalidades de concentracion dependen de la relacion entre el numero de tubos en la parte elevadora y el numero de tubos en la
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parte descendente, que durante la etapa de diseno se puede variar libremente para obtener, para diversos tipos de productos, diversos funcionamientos de la planta ; en particular, cuanto mas disminuyan los tubos de elevacion con respecto a los tubos descendentes, mas probable es que se utilice un regimen de tipo a), para fluidos de baja viscosidad, y tipo b) para fluidos de viscosidad media (<= 1000CPs).
La planta de la invencion es particularmente adecuada para su uso como efecto en plantas de efectos multiples ya que es capaz de procesar productos que tienen viscosidad variable en un intervalo muy amplio. Por ejemplo, en lo que se refiere a la concentracion de pures de fruta y zumo de tomate, se utiliza tipicamente plantas de tres efectos.
Los tres efectos de concentracion se disponen normalmente a contracorriente (el vapor de la caldera entra en el intercambiador de calor del efecto del que sale el zumo concentrado, mientras que los efectos en los que el producto es menos concentrado son calentados por el vapor que se ha separado del producto en los efectos de mayor concentracion) y se numeran a partir del efecto en el que entra el vapor de la caldera. El primer efecto es aquel en el que el vapor de caldera entra en el intercambiador de calor y en el circuito del cual circula el producto mas concentrado. La aplicacion de la planta de la invencion para la concentracion del pure de fruta y del zumo de tomate es particularmente ventajosa. De hecho, en los tres efectos realizados con la planta del objeto dispuestos a contracorriente, a plena velocidad de funcionamiento, se establecen regfmenes de producto muy diferentes: pastas muy viscosas en el primer efecto (100-7000 cP), semi-concentrados medio viscoso en el segundo efecto (500-1000 cP), baja viscosidad en el tercer efecto (50-500 cPs). En este caso, la geometna interna de los intercambiadores sera diferente en cada efecto: la relacion entre el numero de tubos en la seccion de elevacion y la seccion descendente sera aproximadamente 1/4 para el tercer efecto, aproximadamente 1/2 para el segundo efecto, aproximadamente 1 para el primer efecto.
La distribucion de los tubos y la topologfa redproca de los dos haces de tubos con flujo ascendente y descendente indicada en la figura 3 es un ejemplo no limitativo. Tambien puede haber una distribucion de un tipo diferente, por ejemplo, con drculos concentricos en los que el haz de elevacion puede ser el interno o el anular externo.
La planta de la invencion proporciona numerosas ventajas.
Hay una reduccion considerable de la potencia instalada en las bombas de circulacion y los coeficientes de intercambio termico obtenidos son mucho mayores con respecto a las tecnologfas tradicionalmente utilizadas para estos productos que comprenden el uso de plantas circulantes forzadas (con un tubo lleno) que no permiten la realizacion de la evaporacion interna de los tubos. Tambien hay una reduccion en los tiempos de permanencia del producto en el interior de la planta, gracias a la reduccion de los circuitos de circulacion y a la forma del separador.
Desde el punto de vista constructivo, las dimensiones de la planta son particularmente contenidas y compactas gracias a que los efectos individuales son autoportantes y no requieren mas estructuras de soporte metalicas, y el diseno del separador, con la "camara anular", permite obtener una velocidad de vapor baja internamente del separador sin que sea necesario aumentar el diametro del separador.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una planta de concentracion con secciones de funcionamiento diferentes que comprende una cubierta (1) tubular externa que se desarrolla verticalmente, interiormente de la cual estan comprendidos:
    un intercambiador (2) de calor en el que circula un fluido de calentamiento procedente de una boca (9) de entrada de fluido, cuyo intercambiador (2) de calor esta definido por una placa (3) inferior y una placa (4) superior sobre la cual se fijan la placa (3) inferior y la placa (4) superior y los extremos superior e inferior de un primer haz (5) de tubos que se eleva verticalmente, y un segundo haz (6) de tubos descendentes, en el que el primer y el segundo haces (5, 6) de tubos circulan el producto a procesar, respectivamente en una direccion ascendente y en una direccion descendente; una camara (7) de suministro, dispuesta internamente a la cubierta (1) e inferiormente a la placa (3) inferior, que establece una boca de entrada del producto (8) en comunicacion con los extremos inferiores de los tubos del primer haz (5) de tubos; una camara (10) superior presurizada, dispuesta superiormente de la placa (4) superior, que establece en comunicacion mutua los extremos superiores de los tubos del primer haz (5) de tubos y del segundo haz (6) de tubos; una camara (11) de separacion, que esta dispuesta internamente en la cubierta (1) e inferior de la placa (3) inferior y en la que se abren los extremos inferiores de los tubos del segundo haz (6) de tubos y una abertura (13) de salida sobre una pared lateral de la camara (11) de separacion para la salida del vapor generado durante la concentracion del producto, caracterizado porque en el fondo cerrado de la camara (11) de separacion esta prevista una boca (12) de salida del producto, y la abertura (13) de salida esta prevista en la pared lateral de la cubierta (1); esta prevista una camara (15) anular, dispuesta externamente para cerrar al menos la parte de la cubierta (1) sobre la cual esta prevista la abertura (13), que esta cerrada inferior y superiormente y que establece la abertura (13) en comunicacion con una boca (16) de salida para el vapor generado durante la concentracion del producto, Estando prevista la boca (16) de salida en la pared externa de la camara anular en una posicion que es aproximadamente diametralmente opuesta a la zona de la camara anular sobre la que se enfrenta la abertura (13), a la que la abertura (13) se enfrenta.
  2. 2. La planta de la reivindicacion 1, caracterizada porque una suma de superficies de secciones de los extremos superiores de los tubos del primer haz (5) de tubos es mayor que una suma de superficies de secciones de los extremos superiores de los tubos del segundo haz (6) de tubos.
  3. 3. La planta de la reivindicacion 2, caracterizada porque en cada uno de los extremos superiores de los tubos del segundo haz (6) de tubos se forma un obturador (14), tal obturador determina una perdida de carga localizada en un paso del producto desde la camara (10) superior a cada uno de los tubos del segundo haz de tubos.
  4. 4. La planta de la reivindicacion 1, caracterizada porque comprende una pared (17) separadora que esta dispuesta interiormente de la camara (11) de separacion para crear en ella dos zonas, respectivamente una zona (11a) descendente por la cual desciende el producto que sale de los tubos del segundo haz de tubos y una zona (11b) de elevacion por la que se eleva el vapor presente en la camara de separacion; estando las dos zonas separadas entre sf y conectadas solamente en la zona inferior de la camara (11) de separacion; comenzando la pared (17) separadora desde la placa inferiro y extendiendose verticalmente hacia un fondo de la camara de separacion para definir un sifon entre los extremos de salida de los tubos del segundo haz de tubos y la abertura (13) de salida.
  5. 6. La planta de la reivindicacion 1, caracterizada porque la camara (7) de suministro presenta una pared de fondo, inclinada hacia arriba, la boca (8) de entrada para el producto que se proporciona en proximidad de un extremo inferior de la misma.
  6. 7. La planta segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el fondo de la camara (11) de separacion presenta una forma conica, con una parte conica de la misma orientada hacia arriba, y porque la boca (12) de salida del producto esta situada en la proximidad de la base mas grande de la pared de fondo.
  7. 8. La planta de la reivindicacion 1, caracterizada porque la cubierta (1) tubular externa se extiende por debajo de la camara (11) de separacion de tal manera que define una base (1a) de descanso para la planta; estando previstos unos pies (18) de descanso, que estan solidamente conectados a la pared externa de la base (1a) de descanso.
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