ES2928822T3 - Dispositivo de limpieza de conductos y válvula para sistema de horno - Google Patents
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Abstract
Un sistema de horno (10) incluye un horno (12) y un precalentador (14) configurado para precalentar el material antes de que entre en el horno. El sistema incluye además un sistema de conductos (16) que incluye una cámara de mezcla (28) dispuesta entre el horno y el precalentador. El sistema de conductos incluye además un conducto de escape (26) en comunicación fluida con una salida de fluido de escape (24) del horno y configurado para ventilar el fluido que sale del horno. El conducto de escape está en comunicación fluida con la cámara de mezcla y está configurado para redirigir una parte del fluido que sale del horno a la cámara de mezcla. El sistema de conductos incluye además un conducto de precalentador (32) en comunicación fluida con la cámara de mezcla y una entrada de fluido del precalentador y configurado para dirigir el fluido desde la cámara de mezcla al precalentador. El sistema incluye además medios (18) para sacar las partículas de la cámara de mezcla. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de limpieza de conductos y válvula para sistema de horno
Antecedentes
a. Campo técnico
Esta divulgación se refiere a sistemas de hornos. En particular, la descripción se refiere a un sistema de horno que tiene un mecanismo para eliminar partículas en el sistema de conductos (“ductwork”) que se utiliza para dirigir los gases de escape desde el horno hasta un precalentador.
Antecedentes técnicos
En un sistema de horno de fundición de vidrio, se utiliza un precalentador para precalentar el desecho (vidrio roto reciclado) y otros materiales por lotes que luego se alimentan a un horno de fundición de vidrio junto con otras materias primas. El calor en el precalentador se genera, al menos en parte, dirigiendo al menos una porción del fluido de escape desde el horno al precalentador a través de un sistema de conductos. El sistema de conductos incluye un conducto de escape que transporta el fluido de escape del horno y una cámara de mezcla en comunicación fluida con el conducto de escape donde al menos una porción del gas de escape se mezcla con aire para regular la temperatura del fluido antes de enviarlo al precalentador. Se puede disponer una válvula entre el conducto de escape y la cámara de mezcla para cerrar el paso del fluido en circunstancias apropiadas.
Las partículas tales como el polvo en el conducto de escape tienden a acumularse en las superficies de la cámara de mezcla y en los bordes de la válvula. La acumulación de partículas restringe el flujo de fluido y afecta el rendimiento del precalentador. La eliminación de partículas se realiza manualmente y requiere recursos significativos en términos de mano de obra y tiempo de inactividad del sistema del horno.
Los inventores del presente documento han reconocido la necesidad de un sistema de horno que minimice y/o elimine una o más de las deficiencias identificadas anteriormente.
El documento US 5889810 A describe un aparato de precalentamiento y fundición de chatarra que comprende un horno de fundición de chatarra para recibir una carga de chatarra precalentada como materia prima principal, un precalentador para precalentar la chatarra introduciendo un gas de escape generado desde dicho horno de fundición, y un equipo de tratamiento de gases de escape para procesar un gas de escape después del precalentamiento. La chatarra empaquetada en el horno de cuba se precalienta introduciendo el gas generado en el horno de fundición de chatarra en el horno de cuba pasando el gas a través del horno rotatorio.
b. Breve descripción de la divulgación
Esta descripción se refiere a un sistema de horno según la reivindicación 1. En particular, la descripción se refiere a un sistema de horno que tiene un mecanismo para eliminar partículas en el sistema de conductos que se utilizan para dirigir los gases de escape desde el horno hasta un precalentador.
Un sistema de horno de acuerdo con una realización de las presentes enseñanzas incluye un horno que tiene una salida de fluido de escape. El sistema incluye además un precalentador configurado para precalentar el material antes de que el material se suministre al horno. El precalentador tiene una entrada de fluido. El sistema incluye además un sistema de conductos que incluye una cámara de mezcla dispuesta entre el horno y el precalentador. El sistema de conductos incluye además un conducto de escape en comunicación fluida con la salida de fluido de escape y configurado para ventilar el fluido que sale del horno. El conducto de escape está en comunicación fluida con la cámara de mezcla y está configurado para redirigir una porción del fluido que sale del horno a la cámara de mezcla. El sistema de conductos incluye además un conducto de precalentador en comunicación fluida con la cámara de mezcla y la entrada de fluido del precalentador y configurado para dirigir el fluido desde la cámara de mezcla al precalentador. El sistema incluye además un raspador de conductos configurado para moverse dentro de la cámara de mezcla para sacar las partículas de la cámara de mezcla.
Un sistema de horno de acuerdo con otra realización de las presentes enseñanzas incluye un horno que tiene una salida de fluido de escape. El sistema incluye además un precalentador configurado para precalentar el material antes de que el material se suministre al horno. El precalentador tiene una entrada de fluido. El sistema incluye además un sistema de conductos que incluye una cámara de mezcla dispuesta entre el horno y el precalentador. El sistema de conductos incluye además un conducto de escape en comunicación fluida con la salida de fluido de escape y configurado para ventilar el fluido que sale del horno. El conducto de escape está en comunicación fluida con la cámara de mezcla y está configurado para redirigir una porción del fluido que sale del horno a la cámara de mezcla. El sistema de conductos incluye además un conducto de precalentador en comunicación fluida con la cámara de mezcla y la entrada de fluido del precalentador y configurado para dirigir el fluido desde la cámara de mezcla al precalentador. El sistema incluye además medios para sacar las partículas de la cámara de mezcla.
Un sistema de horno de acuerdo con las presentes enseñanzas es ventajoso con respecto a los sistemas de horno convencionales. En particular, el raspador de polvo permite la eliminación de partículas de la cámara de mezcla, mejorando así la eficiencia operativa del precalentador, y lo hace sin intervención manual ni tiempo de inactividad prolongado para el sistema.
Los aspectos, características, detalles, utilidades y ventajas anteriores y otros del sistema descrito serán evidentes al leer la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones, y al revisar los dibujos adjuntos que ilustran las características de este sistema a modo de ejemplo.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un dibujo esquemático y en sección transversal de un sistema de horno de acuerdo con una realización de las presentes enseñanzas.
La Figura 2 es un dibujo esquemático y en sección transversal del sistema de horno de la Figura 1 que ilustra varias posiciones de un raspador de conductos dentro del sistema de horno. La Figura 3 es una vista en perspectiva de un raspador de conductos de acuerdo con una realización de las presentes enseñanzas para uso en el sistema de horno de la Figura 1.
Descripción detallada
Con referencia ahora a los dibujos en los que se utilizan números de referencia similares para identificar componentes idénticos en las diversas vistas, la Figura 1 ilustra un sistema de horno 10 de acuerdo con una realización de las presentes enseñanzas. El sistema 10 se proporciona para fundir materias primas para su uso en la formación de objetos o productos. El sistema 10 puede comprender, por ejemplo, un sistema de horno de fundición de vidrio para usar en la fundición de arena de sílice, carbonato de sodio (carbonato de sodio), piedra caliza y desperdicios (vidrio roto reciclado) en vidrio fundido. El sistema 10 puede incluir un horno 12, un precalentador 14 y un sistema de conductos 16. De acuerdo con las presentes enseñanzas, el sistema 10 incluye además medios, como un raspador de conductos 18, para mover las partículas que se acumulan dentro del sistema de conductos 16 y medios, como una unidad de accionamiento de motor 20 y un controlador 22, para controlar el movimiento del raspador de conductos 18.
Se proporciona el horno 12 para fundir materias primas. Como se indicó anteriormente, en una realización, el horno 12 puede comprender un horno de fundición de vidrio que funde arena de sílice, carbonato de sodio, piedra caliza y desperdicios en vidrio fundido. El horno 12 puede tener una temperatura de funcionamiento de aproximadamente 1565 grados Celsius (2850 grados Fahrenheit). El horno 12 puede generar calor utilizando gas natural y aire de combustión precalentado. El horno 12 también puede aumentar el calor utilizando un sistema de refuerzo eléctrico. El exceso de calor puede salir del horno 12 a través de una salida de fluido de escape 24.
El precalentador 14 se proporciona para precalentar los materiales antes de que se introduzcan en el horno 12 para mejorar la eficiencia operativa del horno 12. En la referencia del sistema de horno de fundición de vidrio anterior, el precalentador 14 comprende un precalentador de desperdicios de vidrio que se utiliza para precalentar los desperdicios de vidrio antes de que se suministren al horno 12. El precalentador de desperdicios de vidrio 14 puede comprender un precalentador de contraflujo de lecho de lluvia de contacto directo en el que el desperdicio se introduce en un extremo del precalentador y fluye a través del precalentador alrededor de placas deflectoras bajo fuerzas gravitatorias mientras que el calor se introduce en el extremo opuesto del precalentador y fluye en el dirección opuesta al desperdicio de vidrio. Debe entenderse, sin embargo, que otras formas convencionales de precalentadores 14, para desperdicios de vidrio, materias primas por lotes, o similares, pueden usarse alternativamente en los sistemas de hornos de fundición de vidrio.
El sistema de conductos 16 se proporciona para enrutar los fluidos entre el horno 12, el precalentador 14 y otros componentes (no mostrados) del sistema 10, así como la atmósfera (para la entrada de aire y el escape de subproductos). El sistema 16 está hecho de materiales suficientes para soportar las temperaturas de funcionamiento anticipadas en los componentes del sistema 10 y puede estar hecho de acero en algunas realizaciones. El sistema 16 puede incluir un conducto de escape 26, una cámara de mezcla 28, un conducto de entrada de aire 30 y un conducto de precalentamiento 32. Debe entenderse, sin embargo, que los conductos adicionales pueden formar parte del sistema de conductos (por ejemplo, una porción del fluido que sale del precalentador 14 podría volver a la cámara de mezcla 28 a través de un conducto de recirculación).
El conducto de escape 26 descarga fluido del horno 12. El conducto de escape 26 define una entrada de fluido 34 en comunicación fluida con la salida de fluido de escape 24 en el horno 12. El conducto de escape 26 también puede definir una entrada de fluido 36 en comunicación con una fuente de fluido que tiene una temperatura más baja que el fluido descargado por el horno 12 para reducir o diluir la temperatura del fluido expulsado por el horno 12. La entrada 36 puede, por ejemplo, suministrar fluido de escape desde el precalentador 14 al conducto 26. Cuando el precalentador está apagado 14, se puede usar un ventilador en el sistema de conductos que conducen a la entrada 36 para impulsar otra fuente de fluido al conducto 26. El conducto de escape 26 puede ventilar una porción del fluido que sale del horno 12 a la atmósfera a través de una salida de fluido de escape (no mostrada). Sin embargo, el conducto de escape 26 también está configurado para redirigir al menos una parte del fluido que sale del horno 12 para calentar el desperdicio en el precalentador 14. Por
lo tanto, el conducto de escape 26 puede incluir una salida de fluido de escape 38 en comunicación fluida con la cámara de mezcla 28.
La cámara de mezcla 28 se proporciona para permitir el control de la temperatura del fluido antes de la introducción al precalentador 14. La cámara de mezcla 28 está dispuesta entre el horno 12 y el precalentador 14. La cámara de mezcla 28 tiene una pluralidad de entradas de fluido 40, 42 en la que la cámara 28 se une al conducto de escape 26 y al conducto de entrada de aire 30, respectivamente, y una salida de fluido 44 en la que la cámara 28 se une al conducto del precalentador 32. La cámara de mezcla 28 puede tener una forma generalmente cilíndrica con un extremo 46 que termina en la entrada de fluido 40 que se abre al conducto de escape 26 y un extremo opuesto 48 que está sustancialmente cerrado. La entrada de fluido 42 y la salida de fluido 44 se pueden formar en una pared lateral de la cámara 24 entre los dos extremos 46, 48.
El conducto de entrada de aire 30 proporciona aire reciclado del escape del precalentador 14 a la cámara de mezcla 28 para mezclarlo con el fluido de escape del conducto de escape 22 para controlar la temperatura del fluido antes de la introducción al precalentador 14. El conducto de entrada de aire 30 define una salida de fluido 50 en un extremo que se abre hacia la entrada 42 de la cámara de mezcla 28. Se puede disponer una válvula 52 controlada mecánica o eléctricamente dentro del conducto de entrada de aire 30 para controlar la cantidad de aire que fluye hacia la cámara de mezcla 28 desde el conducto de entrada de aire 30.
El conducto del precalentador 32 se proporciona para dirigir el fluido desde la cámara de mezcla 28 al precalentador 14. El conducto del precalentador 32 está en comunicación fluida con la cámara de mezcla 28 y se une a la cámara de mezcla 28 en una ubicación entre los extremos 46, 48 de la cámara de mezcla 28. El conducto del precalentador 32 define una entrada de fluido 54 en un extremo que se abre hacia la salida 44 de la cámara de mezcla 28. Se puede colocar una válvula 56 controlada mecánica o eléctricamente dentro del conducto del precalentador 32 para controlar la cantidad de aire que fluye desde la cámara de mezcla 28 al precalentador 14.
El raspador de conductos 18 proporciona un medio para mover partículas fuera de la cámara de mezcla 28 y dentro del conducto de escape 26. Debido a que la cámara de mezcla 28 recibe fluido del conducto de escape 26, las partículas como el polvo en el conducto de escape 26 tienden a acumularse en las superficies dentro de la cámara de mezcla 28, así como en los bordes de una válvula que normalmente se encuentra cerca del extremo 46 de la cámara de mezcla 28. El raspador de conductos 18 se proporciona para permitir la eliminación automática de las partículas de la cámara de mezcla 28, eliminando así la necesidad de la eliminación manual de las partículas y reduciendo los costos de mano de obra y el tiempo de inactividad del sistema. Con referencia a la Figura 2, el raspador de conductos 18 está configurado para movimiento de traslación a lo largo de un eje de rodillo 58 entre una posición retraída 60 donde el raspador de conductos está ubicado cerca del extremo 48 de la cámara de mezcla 28 a una posición extendida 62 cerca del extremo 46 de la cámara de mezcla 28. El raspador de conductos 18 puede configurarse además para girar alrededor del eje de rodillo 58. El movimiento a lo largo y alrededor de los ejes 58 permite que el raspador de conductos 18 raspe las superficies de la cámara de mezcla 28, mientras que el movimiento a lo largo del eje 58 desde la posición retraída 60 hasta la posición extendida 62 permite que el raspador de conductos 18 empuje las partículas hacia el conducto de escape 26. Además de las posiciones 60, 62, el raspador de conductos 18 también puede configurarse para asumir las posiciones intermedias 66, 67 entre las posiciones 60, 62. En la posición 67, el raspador de conductos 18 sirve como reemplazo de la válvula convencional. El raspador de conductos 18 puede incluir una varilla 68 y un disco 70 dispuestos en un extremo de la varilla 68.
Con referencia a la Figura 3, la varilla 68 se proporciona para soportar el disco 70 para el movimiento dentro de la cámara de mezcla 28 a lo largo y alrededor del eje de rodillo 58. La varilla 68 puede estar hecha de aleaciones metálicas de alta temperatura. La varilla 68 está dispuesta y puede estar centrada alrededor del eje 58. La varilla 68 se extiende a través de una abertura en una pared de extremo de la cámara de mezcla 28 en el extremo 48 de la cámara 28 y soporta el disco 70 en un extremo. La varilla 68 puede estar roscada. En algunas realizaciones, la varilla 68 puede definir un paso de fluido que se extiende a lo largo de al menos una porción de la longitud de la varilla 68 y está configurado para permitir la circulación de un fluido refrigerante desde una fuente de fluido (no se muestra) a lo largo de la varilla 68 y potencialmente al disco 70.
El disco 70 se proporciona para raspar las superficies de la cámara de mezcla 28 para eliminar el polvo y otras partículas y empujar esas partículas fuera de la cámara de mezcla 28 hacia el conducto de escape 26. El disco 70 puede estar hecho de aleaciones metálicas de alta temperatura. El disco 70 también puede funcionar como una válvula según la ubicación del disco 70 dentro de la cámara de mezcla 28. El disco 70 puede ser sustancialmente redondo y está montado en el extremo de la varilla 68. En algunas realizaciones, el disco 70 puede definir un conducto hueco o de fluido en comunicación fluida con un conducto formado en la varilla 68 y configurado para permitir la circulación del fluido refrigerante dentro del disco 70. El disco 70 puede definir una pluralidad de cuchillas 76 en un lado del disco 70 que mira hacia la cámara de mezcla 28. En la realización ilustrada, el disco 70 incluye dos cuchillas 76 ubicadas en porciones diametralmente opuestas del disco 70. Debe entenderse, sin embargo, que el número de cuchillas 76 puede variar. Aunque la forma de las cuchillas 76 también puede variar, en una realización, cada cuchilla 76 tiene un extremo radialmente interno 78 que termina en una ubicación distante del centro 80 del disco 70 y un extremo radialmente externo 82 que termina en el borde radialmente externo 84 o periferia del disco 70. El perfil de la sección transversal de cada cuchilla 76 es sustancialmente triangular y aumenta de tamaño moviéndose desde el extremo 78 al extremo 82. Las
superficies que se extienden generalmente radialmente 86, 88 de cada cuchilla 76 también pueden curvarse moviéndose desde el extremo 78 al extremo 82 y pueden definir un borde 90 que se extiende generalmente radialmente que incluye una pluralidad de dientes 92.
Aunque el raspador de conductos 18 se ha descrito e ilustrado como un medio preferido para sacar partículas de la cámara de mezcla 28 y hacia el conducto de escape 26, debe entenderse que se podrían usar medios alternativos en lugar del raspador de conductos 18. Por ejemplo, un disco no giratorio o un arado que solo tiene movimiento de traslación a lo largo del eje 58 podría usarse potencialmente en lugar del raspador de conductos 18.
Con referencia nuevamente a las Figuras 1 y 2, la unidad de accionamiento del motor 20 se proporciona para provocar el movimiento del raspador de conductos 18 a lo largo y alrededor del eje 58 para mover el raspador de conductos 18 dentro de la cámara de mezcla 28 entre las posiciones retraída y extendida 60, 62 y cualquier posición (por ejemplo, posiciones intermedias 66, 67) entre ellas. La unidad de accionamiento del motor 20 puede incluir un motor eléctrico 94 y un conjunto de accionamiento 96 configurado para traducir el par del motor en movimiento de traslación y rotación de la varilla 58. El conjunto de accionamiento 96 puede incluir, por ejemplo, una base roscada internamente 98 configurada para acoplarse con la varilla 68 y a través de la cual se puede extender la varilla 68, un riel 100 y una caja de engranajes o unidad de reducción 102. El motor 94 y la unidad de reducción provocan la rotación de la varilla roscada 68. La rotación de la varilla 68 dentro de la base fija 98 roscada internamente provoca el movimiento de traslación de la varilla 68 junto con el motor 94 y la unidad de reducción 102 que se mueven a lo largo del riel 100 en una dirección paralela al eje de rodillo 58.
El controlador 22 controla el funcionamiento del motor 94 para controlar el movimiento del raspador de conductos 18 dentro de la cámara de mezcla 28. El controlador 22 puede comprender un microprocesador o microcontrolador programable o puede comprender un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). El controlador 22 puede incluir una unidad central de procesamiento (CPU) y una interfaz de entrada/salida (E/S) a través de la cual el controlador 22 puede recibir una pluralidad de señales de entrada, incluidas las utilizadas para establecer valores de parámetros relacionados con el funcionamiento del raspador de conductos 18 o detectar condiciones que afectan el funcionamiento del raspador de conductos 18 y generan una pluralidad de señales de salida, incluidas las que se utilizan para controlar el motor 94. El controlador 22 puede configurarse con instrucciones de programación apropiadas (es decir, software) para activar el motor 94 a una frecuencia predeterminada para eliminar periódicamente las partículas de la cámara de mezcla 28. El controlador 22 puede configurarse además para colocar el raspador de conductos 18 en las posiciones intermedias 66, 67 cuando las condiciones dictan que el raspador de conductos 18 funcione como una válvula entre el conducto de escape 26 y el conducto del precalentador 32 o como una válvula, respectivamente.
Un sistema de horno 10 de acuerdo con las presentes enseñanzas es ventajoso con respecto a los sistemas de horno convencionales. En particular, el raspador de polvo 18 permite la eliminación de partículas de la cámara de mezcla 28, mejorando así la eficiencia operativa del precalentador 14, y lo hace sin intervención manual ni tiempo de inactividad prolongado para el sistema 10.
La divulgación se ha presentado junto con varias realizaciones ilustrativas, y se han discutido modificaciones y variaciones adicionales.
Claims (13)
1. Un sistema de horno (10), que comprende:
un horno (12) que tiene una salida de fluido de escape (24);
un precalentador (14) configurado para precalentar el material antes de que el material se suministre al horno, teniendo el precalentador una entrada de fluido;
un sistema de conductos (16) que incluye
una cámara de mezcla (28) dispuesta entre el horno y el precalentador, donde la cámara de mezcla (28) tiene una pluralidad de entradas de fluido (40, 42) en las que la cámara de mezcla (28) está unida a un conducto de escape (26) y un conducto de entrada de aire (30), y una salida de fluido (44) en la que se une la cámara de mezcla (28) a un conducto del precalentador (32);
el conducto de escape (26) en comunicación fluida con la salida de fluido de escape (24) y configurado para ventilar el fluido descargado del horno (12), el conducto de escape (24) en comunicación fluida con la cámara de mezcla (28) y configurado para redirigir una parte del fluido que sale del horno (12) a la cámara de mezcla (28);
el conducto del precalentador (32) en comunicación fluida con la cámara de mezcla (28) y la entrada de fluido del precalentador y configurado para dirigir el fluido desde la cámara de mezcla (28) al precalentador (14);
medios (18) para sacar las partículas de la cámara de mezcla (28) donde los medios de movimiento incluyen un raspador de conductos (18) configurado para moverse dentro de la cámara de mezcla para raspar las superficies de la cámara de mezcla (28) y sacar las partículas de la cámara de mezcla (28).
2. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde el raspador de conductos incluye una varilla (68) que se extiende a través de una abertura en la cámara de mezcla y un disco (70) dispuesto en un extremo de la varilla.
3. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 2, donde el disco define una pluralidad de cuchillas (76), cada una de las cuchillas tiene un extremo radialmente interior (78) y un extremo radialmente exterior (82) y un perfil de sección transversal que aumenta de tamaño moviéndose desde el extremo radialmente interior al extremo radialmente exterior.
4. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 3, donde una superficie de cada una de las cuchillas se curva moviéndose desde el extremo radialmente interior al extremo radialmente exterior.
5. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 3, donde el extremo radialmente exterior de cada una de las cuchillas termina en una periferia radialmente exterior (84) del disco.
6. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde el horno comprende un horno de vidrio y el precalentador comprende un precalentador de desperdicios de vidrio.
7. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde los medios de movimiento sacan las partículas de la cámara de mezcla y las introducen en el conducto de escape.
8. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde la cámara de mezcla tiene un primer extremo (46) que se abre hacia el conducto de escape y un segundo extremo (48) opuesto al primer extremo, los medios de movimiento configurados para moverse a lo largo de un eje de rodillo (58) entre un posición próxima al segundo extremo de la cámara de mezcla y una posición extendida próxima al primer extremo de la cámara de mezcla.
9. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 8, donde los medios de movimiento están configurados además para girar alrededor del eje de rodillo.
10. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde los medios de movimiento están configurados además para funcionar como una válvula entre la cámara de mezcla y el conducto de escape cuando está en la posición extendida.
11. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde el conducto del precalentador desemboca en la cámara de mezcla en un lugar entre los extremos primero y segundo de la cámara de mezcla.
12. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
un motor (94) configurado para provocar el movimiento de los medios de movimiento dentro de la cámara de mezcla desde la posición retraída hasta la posición extendida y desde la posición extendida hasta la posición retraída; y, un controlador (22) configurado para activar el motor a una frecuencia predeterminada.
13. El sistema de horno de acuerdo con la reivindicación 1, donde la segunda entrada y la salida de fluido (44) están formadas en una pared lateral de la cámara de mezcla entre los extremos de la misma.
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