FR3132039A3 - Dispositif de refroidissement de soudure aluminothermique - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un de refroidissement (10) d’une soudure aluminothermique (70) de rail, comprenant un réservoir (2) adapté pour stocker un volume d’eau,une pompe (3), un système électronique de contrôle (4) pour commander la pompe (3), un bouton de commande (8) pour déclencher le système de contrôle (4),une canne de pulvérisation (6) comprenant une buse (61), ladite canne de pulvérisation (6) étant raccordée au réservoir (2) par l’intermédiaire de la pompe (3), un boîtier (1) duquel la canne de pulvérisation (6) fait saillie en direction de la soudure aluminothermique (70), un support (7), caractérisé en ce que le système électronique de contrôle (4) est adapté pour déclencher la projection d’un jet d’eau par la buse (61) après actionnement du bouton de commande (8) par un opérateur sur une soudure (70) effectuée sur ledit rail. Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Dispositif de refroidissement de soudure aluminothermique
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de soudure aluminothermique pour le soudage de rails ferroviaires.
 Etat de la technique
La soudure aluminothermique est un procédé fréquemment utilisé pour réparer et/ou réaliser des joints des rails métalliques, et en particulier les rails ferroviaires. Pour réaliser une telle soudure, on utilise un moule comprenant plusieurs parties venant enserrer les profilés métalliques, formant ainsi une cavité de moulage contenant les abouts des profilés métalliques à souder et destinée à recevoir le métal en fusion.
Le métal en fusion nécessite un refroidissement afin de se solidifier. Il est souhaitable d’accélérer ce refroidissement afin de limiter dans le temps les étapes inhérentes à la réalisation d’une soudure qui peuvent s’enchaîner sur deux jours consécutifs. Cependant, si le refroidissement est trop rapide, il peut engendrer une trempe de la soudure qui modifie les propriétés métallurgiques du métal coulé lors de la soudure et se traduit souvent par des microstructures dures mais fragiles et en conséquence un risque de rupture de la soudure réalisée. Il est donc nécessaire d’adapter les paramètres de refroidissement aux dimensions de la soudure.
Il est connu d’accélérer le refroidissement en appliquant un jet d’eau froide sur la soudure. Des systèmes permettant un tel refroidissement sur le chantier sont souvent lourds et encombrants ou comportent une pluralité de modules qui doivent être reliés et installés séparément. Il est donc difficile de les installer à proximité de la soudure à réaliser sur un chantier ferroviaire. Les paramètres de pulvérisation, le débit d’eau et les températures de refroidissement dans ces systèmes ne sont pas optimisés pour les soudures aluminothermiques des rails.
En raison du risque de trempabilité connu des aciers tel que décrit auparavant, il est difficile de refroidir aléatoirement une soudure. La seule possibilité connue est de pulvériser de l’eau directement sur la soudure afin d’accélérer la mise en œuvre tout en garantissant une qualité de soudure normée. Cependant, il est difficile de maitriser les paramètres comme le débit d’eau, les températures de début de refroidissement ou encore la pression de pulvérisation de l’eau.
De plus, les soudures étant réalisées sur une voie ferrée, les opérateurs doivent pouvoir utiliser un matériel fiable, léger, robuste et facile d’utilisation. Pour cela, il est en outre souhaitable d’améliorer la portabilité et la facilité de mise en œuvre du système de refroidissement pour de telles soudures.
Un but de l’invention est de mettre à disposition un dispositif de refroidissement compact, portable, facile à installer sur des chantiers ferroviaires, dont la puissance de refroidissement est optimisée pour les soudures aluminothermiques des rails. A cette fin, l’invention propose un dispositif de refroidissement d’une soudure aluminothermique de rail, comprenant
  • un réservoir adapté pour stocker un volume d’eau,
  • une pompe,
  • un système électronique de contrôle pour commander la pompe,
  • un bouton de commande pour déclencher le système de contrôle,
  • une canne de pulvérisation comprenant une buse, ladite canne de pulvérisation étant raccordée au réservoir par l’intermédiaire de la pompe,
  • un boîtier dans lequel le réservoir et la pompe sont agencés et duquel la canne de pulvérisation fait saillie en direction de la soudure aluminothermique,
  • un support adapté pour être monté de manière amovible sur un rail et est solidaire du boîtier,
caractérisé en ce que le système électronique de contrôle est adapté pour déclencher la projection d’un jet d’eau par la buse après actionnement du bouton de commande par un opérateur sur une soudure effectuée sur ledit rail.
De manière avantageuse, le système électronique de contrôle est configuré pour arrêter la projection du jet d’eau automatiquement après une durée de projection préprogrammée.
De préférence, le système électronique de contrôle est adapté pour déclencher la projection du jet d’eau après un temps d’attente après l’actionnement du bouton de commande.
Avantageusement, le dispositif comprend en outre une interface utilisateur apte à recevoir un temps d’attente et/ou une durée de projection du jet d’eau saisie par l’utilisateur.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend en outre un dispositif d’affichage apte à afficher la quantité d’eau présente dans le réservoir et/ou un temps d’attente après finalisation de la soudure et/ou une durée de projection du jet d’eau.
De manière avantageuse, le réservoir présente un volume intérieur compris entre 5 et 20 litres.
De préférence, le système électronique de contrôle est configuré pour déclencher la projection d’une quantité d’eau comprise entre 5 et 10 litres.
Avantageusement, la canne de pulvérisation est mobile en pivotement dans un plan horizontal et/ou un plan vertical, de sorte à ajuster l’orientation de ladite canne de pulvérisation par rapport à la soudure aluminothermique à refroidir.
Dans certains modes de réalisation, la canne de pulvérisation comporte plusieurs tubes comportant chacun une buse, lesdites buses étant orientées selon des axes distincts par rapport à la soudure aluminothermique à refroidir.
De manière avantageuse, le dispositif comprend en outre une poignée de transport du boîtier et/ou un logement pour une batterie amovible adaptée pour alimenter électriquement la pompe et le système électronique de contrôle.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend en outre un système de mesure de température de la soudure, et électronique de contrôle détermine la durée de la projection d’eau en fonction de la température mesurée.
De préférence, le dispositif comprend en outre un connecteur adapté pour établir une liaison fluidique entre un réservoir d’eau externe au boîtier et la pompe.
 Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La est une vue de devant en perspective du système avec son support de pose sur les rails.
La est une vue de devant en perspective du système, sans représentation du boîtier pour illustrer l’agencement à intérieur du système.
La est une vue de derrière en perspective du système avec son support de pose sur les rails.
La est une vue de derrière en perspective du système, sans représentation du boîtier pour illustrer l’agencement à intérieur du système.
Description détaillée de modes de réalisation Présentation du dispositif
La illustre de manière schématique un dispositif de refroidissement 10 selon l’invention. Le dispositif de refroidissement 10 comprend un boitier 1 solidaire d’un support 7 adapté pour être monté sur un rail. Le rail est typiquement un rail de chemin de fer sur lequel une soudure aluminothermique 70 est à réaliser, soit pour une opération de maintenance ou de réparation, soit pour joindre ledit rail à un deuxième rail pour construire une voie ferrée. Le support 7 peut comprendre des vis, des pinces ou d’autres dispositifs permettant de fixer temporairement le support 7 au rail.
En référence à la , le boitier 1 comprend un réservoir 2 dans lequel un volume d’eau est stocké. Typiquement, la capacité du réservoir 2 est d’environ 5 à 20 litres. Le réservoir 2 et le boitier 1 comprennent un orifice de remplissage pour remplir le réservoir 2 avec de l’eau. L’orifice de remplissage peut être fermé par un bouchon 22 ou un clapet ou un autre dispositif de fermeture. De manière illustrative et non limitative, le réservoir 2 est agencé dans la partie supérieure du boitier 1. Cependant, le réservoir 2 peut être agencé dans la partie inférieure ou à un autre emplacement dans le boitier 1. Le réservoir 2 peut en outre comprendre un capteur de niveau d’eau. Des éléments de protection 21 en mousse peuvent être agencés sur les parois extérieures du réservoir.
En référence aux figures 3 et 4, le boitier comprend en outre un logement 50 agencé pour recevoir une batterie rechargeable (non représentée).
De préférence, le boitier 1 est muni d’une poignée 11 pour transporter le dispositif de refroidissement 10 comprenant un volume d’eau jusqu’à l’endroit où la soudure aluminothermique 70 doit être réalisée. La poignée peut également être utilisée pour faciliter l’installation du système sur le chantier. Une telle poignée 11 peut être réalisée en métal ou plastique ou tout autre matériau adapté pour le transport du dispositif avec une quantité d’eau comprise dans le réservoir 2. La poignée 11 peut être vissée, rivetée ou fixée de toute autre manière appropriée sur le boitier 1.
Une canne de pulvérisation 6 comportant une buse 61 fait saillie du boitier 1. Un joint d’étanchéité peut être agencé entre la canne 6 et le boitier 1. De manière avantageuse, la canne de pulvérisation 6 présente une portion sensiblement horizontale 66, une portion courbée 67 vers le bas et une portion sensiblement verticale 68, à l’extrémité de laquelle est agencée la buse 61. La longueur de la portion sensiblement horizontale est typiquement comprise entre 50 mm et 300 mm, et la longueur de la portion sensiblement verticale est typiquement comprise entre 30 mm et 150 mm. Un deuxième joint d’étanchéité est typiquement agencé entre la canne 6 et la buse 61. La portion courbée peut être orientée selon un angle droit ou tout autre angle obtus ou aigu approprié à orienter la buse 61 vers le rail.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), la canne de pulvérisation peut comprendre une buse multiple. Par exemple, une telle buse multiple peut comprendre trois tubes et trois gicleurs, dont l’un est orienté de manière à pulvériser de l’eau sur la soudure dans une direction verticale. Deux autres tubes et gicleurs peuvent être agencées des deux côtés respectifs par rapport au plan (X, Y) d’une soudure, de sorte à pulvériser de l’eau sur la soudure dans une direction horizontale ou oblique.
De préférence chaque buse 61 est amovible, afin d’adapter le type et la géométrie de la buse 61 à la soudure à refroidir.
Par « vertical » on entend dans le présent texte, comme communément admis, selon la direction de la pesanteur. Par « horizontal », on entend perpendiculairement à la verticale. La description du dispositif de refroidissement est faite en supposant que la surface de roulement du rail s’étend dans un plan horizontal, comme représenté sur les figures.
De préférence, la canne de pulvérisation 6 est montée mobile sur un raccord spécifique en pivotement sur le boitier 1 permettant de monter et de démonter la buse 6 avec facilité. A cet effet, la canne de pulvérisation 6 peut présenter un axe Y de pivotement horizontal correspondant à un axe de révolution de la portion horizontale 66 de la canne 6 et s’étendant perpendiculairement à une ouverture du boitier 1 dans laquelle est montée la canne 6. De manière complémentaire ou alternative, la canne de pulvérisation 6 peut présenter un axe de pivotement vertical X au niveau de la portion horizontale 66 de la canne 6, par exemple à proximité de la jonction entre ladite portion horizontale 66 de la canne 6 et le boitier 1.
Lorsque le support 7 est monté sur un rail, la buse 61 est orientée en direction de la soudure aluminothermique 70 à réaliser sur le rail. Quand la canne 6 est mobile en pivotement, on peut ajuster son orientation après le montage du support 7 sur le rail afin de rattraper un jeu mécanique et ajuster la perpendicularité entre la canne de pulvérisation 6 et le support et/ou le rail.
Le boitier 1 comprend en outre une pompe 3 à eau. L’homme du métier saura choisir une pompe 3 adaptée en fonction de son poids et de l’encombrement dans le boitier 1. La pompe 3 est raccordée au réservoir d’eau 2 et à la buse 6, de manière à transférer de l’eau du réservoir 2 vers la canne de pulvérisation 6 et la buse 61. On peut ajuster les paramètres de pulvérisation en ajustant le débit de la pompe. De manière alternative, on peut changer la buse afin de modifier le débit de pulvérisation. On peut en outre ajouter un système de filtration d’eau, par exemple pour protéger la pompe et la buse des impuretés potentiellement présentes dans le volume d’eau.
Le système comprend en outre un système électronique de contrôle 4 qui est agencé à l’intérieur du boitier 1 et peut être déclenché par l’intermédiaire d’un bouton de commande 8 monté sur le boitier 1. Le système électronique de contrôle 4 est utilisé pour commander la pompe 3. Si des capteurs sont présents dans le système, les données mesurés par ces capteurs sont transmises au système électronique de contrôle 4. Le système électronique de contrôle peut en outre être utilisé pour la gestion des temps d’attente et/ou pour établir une connexion sans fil, par exemple une connexion par Bluetooth, avec un système informatique externe.
Une source d’énergie (non représentée), typiquement une batterie rechargeable, possédant une puissance suffisante pour alimenter la pompe 3 et le système électronique de contrôle 4, est insérée de manière amovible dans le logement 50. La pompe 3 est reliée au système électronique 4 lui-même relié à la source d’énergie . Un régulateur de tension 51 est inséré entre la source d’énergie et le système électronique de contrôle 4 afin de transférer une tension stable à la pompe 3. Cet agencement permet de stabiliser le débit de pulvérisation d’eau. Le système électronique de contrôle peut ainsi être utilisé pour la surveillance et la protection d’une source d’énergie.
De manière optionnelle, le système peut comprendre une interface utilisateur qui peut être protégée par un volet 9 reliée au système électronique de contrôle. Une telle interface utilisateur peut recevoir un temps saisi par un utilisateur, tel qu’un temps d’attente après finalisation d’une soudure ou une durée de projection d’eau. L’interface utilisateur peut être un moyen de réglage simple tel qu’un ou deux boutons, une glissière ou une roue de réglage. Dans d’autres modes de réalisation, des interfaces utilisateur plus complexes comprenant plusieurs éléments peuvent être montées. Le système peut en outre comprendre un dispositif d’affichage, par exemple un afficheur de sept segments simple ou multiple à LED. L’afficheur peut afficher différents paramètres du système, tels qu’un temps d’attente et/ou une durée de projection d’eau saisis par l’utilisateur, et/ou une quantité d’eau présente dans le réservoir et mesuré par l’intermédiaire d’un capteur ou tout autre paramètre concernant le refroidissement ou le procédé de soudage.
Le dispositif peut en outre comprendre un moyen de mesure de température pour déterminer la température de la soudure aluminothermique. Un tel moyen de mesure de température est relié au système électronique de contrôle et comporte un capteur de température, par exemple un pyromètre apte à mesurer la température de la soudure 70 à la distance du boitier 1 de l’endroit de ladite soudure 70.
Pour le remplissage du réservoir 2, le système peut en outre comprendre un connecteur adapté pour établir une liaison fluidique entre l’orifice de remplissage et un réservoir externe par l’intermédiaire d’un conduit. Dans ce cas, la pompe 3 peut être utilisée pour pomper de l’eau directement du réservoir externe vers la canne de pulvérisation 6 et la buse 61, une fois que ce réservoir externe est connecté au dispositif de refroidissement 10.
Utilisation
On va maintenant décrire l’utilisation du dispositif de refroidissement 10 pour une soudure aluminothermique 70 d’un rail.
Avant de réaliser une soudure aluminothermique 70 à un endroit défini d’un rail, l’utilisateur remplit le réservoir 2 d’un volume d’eau et installe le dispositif via le support 7 sur un rail à proximité de la soudure à réaliser. Il fixe le support 7 sur le rail à une distance appropriée de la soudure 70. Si la canne de pulvérisation 6 est mobile en pivotement autour d’un ou deux axes, l’utilisateur ajuste la canne de pulvérisation 6 de manière à ce que la buse 61 soit orientée vers la soudure 70 à réaliser.
Le dispositif de refroidissement 10 est ainsi installé sur le chantier et fixé à proximité de la soudure aluminothermique 70 à réaliser. Aucune autre connexion ou installation mécanique, comme par exemple le montage de tuyaux ou d’une pompe, n’est nécessaire pour le fonctionnement du système et aucun autre périphérique n’est nécessaire pour le fonctionnement du dispositif 10. L’installation est donc simple et rapide à effectuer, et l’encombrement du dispositif de refroidissement 10 sur le site du chantier est minimal.
Quand la buse est munie d’un dispositif de réglage, l’utilisateur règle le débit et/ou le degré de pulvérisation en fonction de la soudure aluminothermique. Il peut tenir compte des paramètres tels que le type de la soudure qui peut être une soudure de réparation de différents types de défauts ou une soudure pour joindre deux rails. L’utilisateur peut également ajuster le réglage de la buse selon la géométrie et le volume de la soudure ou selon des propriétés du matériau ou selon la température. Dans d’autres modes de réalisation, le débit et/ou le degré de pulvérisation sont fixes. Quand le dispositif de refroidissement comprend une interface utilisateur apte à recevoir un temps d’attente, L’utilisateur programme un temps d’attente selon les paramètres de la soudure aluminothermique. Quand le dispositif de refroidissement comprend un moyen de mesure de température et une interface utilisateur apte à recevoir une température de refroidissement de soudure, il ajuste l’orientation du capteur de température sur la soudure et on programme une température de refroidissement de soudure selon les paramètres de la soudure aluminothermique.
Un opérateur réalise ensuite la soudure aluminothermique 70.
Immédiatement après l’achèvement de la soudure aluminothermique 70, l’utilisateur attend un temps d’attente prédéfini dans un protocole, et appuie ensuite sur le bouton de commande 8. Il règle, le cas échéant, la durée de pulvérisation d’eau puis déclenche le système avec des commandes situées au niveau de l’interface utilisateur sous le volet 9. De manière alternative, quand l’utilisateur a programmé un temps d’attente par l’intermédiaire de l’interface d’utilisateur, il appuie sur le bouton de commande 8 immédiatement après l’achèvement de la soudure 70 et le dispositif se trouve en état d'attente pendant le temps programmé. De manière alternative, si le dispositif comprend un moyen de mesure de la température de la soudure 70, l’utilisateur appuie sur le bouton de commande 8 immédiatement après l’achèvement de la soudure 70 et le dispositif se trouve en état d'attente jusqu’à ce que la température programmée soit atteinte.
Après l’appui sur le bouton de commande ou, le cas échéant, une fois le temps d'attente écoulé ou la température programmée atteinte, le système électronique de contrôle 4 déclenche le refroidissement de la soudure 70 et la pompe 3 est mise en marche. La pompe 3 transfère de l’eau du réservoir 2 vers la buse 61, de manière à pulvériser une quantité d’eau définie sur la soudure 70. La quantité d’eau définie est par exemple comprise entre 5 et 10 litres. En ce qui concerne le réglage du débit, on définit un protocole qui utilise un faible débit, mais qui permet néanmoins un refroidissement intense de la soudure 70. On cherche ainsi à optimiser la consommation d'eau, qui doit être faible pour minimiser le poids et l'encombrement du dispositif de refroidissement 10 et éviter les problèmes d'approvisionnement en eau sur le chantier, tout en appliquant un procédé de refroidissement efficace qui permet de gagner du temps dans le procédé de soudage.
Après l’éjection d’une quantité d’eau définie, ou l’éjection de l’eau à un débit défini pendant une durée définie, le système électronique de contrôle 4 interrompt l’alimentation de la pompe 3. La pulvérisation d’eau sur la soudure 70 est donc arrêtée. La soudure aluminothermique 70 est suffisamment refroidie pour enlever le dispositif de refroidissement, le moule, et tout autre matériel utilisé pour réaliser la soudure. Ledit matériel peut ainsi être utilisé pour d’autres soudures à réaliser.
Refroidissement de la soudure
La soudure aluminothermique subit ainsi une première étape de refroidissement naturel directement après le procédé de soudage. Cette étape est moins rapide qu’un refroidissement par pulvérisation d’eau et permet d’éviter une trempe du métal fondu. En fait, un refroidissement trop rapide entraîne souvent des tensions dans la soudure et peut avoir un effet négatif sur la qualité de la soudure, en particulier sa stabilité mécanique. Dans certains cas, des telles tensions peuvent provoquer une détérioration, voire une rupture de la soudure. Le refroidissement naturel du métal fondu chaud d’une soudure favorise donc une bonne qualité métallurgique de la soudure.
Dans un deuxième temps, après avoir atteint une certaine température par refroidissement naturel, la soudure est refroidie de manière accélérée mais contrôlée par pulvérisation d’eau. Un tel refroidissement est souhaitable afin de solidifier le métal plus rapidement sans les effets néfastes décrit ci-dessus, ce qui permet de retirer le moule et tout autre matériel utilisé pendant la soudure. Cela permet un gain de temps sur l’ensemble de la procédure du chantier.

Claims (13)

  1. Dispositif de refroidissement (10) d’une soudure aluminothermique (70) de rail, comprenant
    • un réservoir (2) adapté pour stocker un volume d’eau,
    • une pompe (3),
    • un système électronique de contrôle (4) pour commander la pompe (3),
    • un bouton de commande (8) pour déclencher le système de contrôle (4),
    • une canne de pulvérisation (6) comprenant une buse (61), ladite canne de pulvérisation (6) étant raccordée au réservoir (2) par l’intermédiaire de la pompe (3),
    • un boîtier (1) dans lequel le réservoir (2) et la pompe (3) sont agencés et duquel la canne de pulvérisation (6) fait saillie en direction de la soudure aluminothermique (70),
    • un support (7) adapté pour être monté de manière amovible sur un rail et est solidaire du boîtier (1),
    caractérisé en ce que le système électronique de contrôle (4) est adapté pour déclencher la projection d’un jet d’eau par la buse (61) après actionnement du bouton de commande (8) par un opérateur sur une soudure (70) effectuée sur ledit rail.
  2. Dispositif de refroidissement (10) selon la revendication 1, dans lequel le système électronique de contrôle (4) est configuré pour arrêter la projection du jet d’eau automatiquement après une durée de projection préprogrammée.
  3. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système électronique de contrôle (4) est adapté pour déclencher la projection du jet d’eau après un temps d’attente après l’actionnement du bouton de commande (8).
  4. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une interface utilisateur apte à recevoir un temps d’attente et/ou une durée de projection du jet d’eau saisie par l’utilisateur.
  5. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif d’affichage apte à afficher la quantité d’eau présente dans le réservoir (2) et/ou un temps d’attente après finalisation de la soudure et/ou une durée de projection du jet d’eau.
  6. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réservoir (2) présente un volume intérieur compris entre 5 et 20 litres.
  7. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système électronique de contrôle (4) est configuré pour déclencher la projection d’une quantité d’eau comprise entre 5 et 10 litres.
  8. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la canne de pulvérisation (6) est mobile en pivotement dans un plan horizontal et/ou un plan vertical, de sorte à ajuster l’orientation de ladite canne de pulvérisation (6) par rapport à la soudure aluminothermique (70) à refroidir.
  9. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la canne de pulvérisation (6) comporte plusieurs tubes comportant chacun une buse, lesdites buses étant orientées selon des axes distincts par rapport à la soudure aluminothermique (70) à refroidir.
  10. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une poignée (11) de transport du boîtier.
  11. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un logement (50) pour une batterie amovible adaptée pour alimenter électriquement la pompe et le système électronique de contrôle.
  12. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système de mesure de température de la soudure (70), dans lequel le système électronique de contrôle (4) détermine la durée de la projection d’eau en fonction de la température mesurée.
  13. Dispositif de refroidissement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un connecteur adapté pour établir une liaison fluidique entre un réservoir d’eau externe au boîtier (1) et la pompe (3).
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