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Informe ensayo con balastos

electrónicos en el enlace

Cliente

Proyecto

Ubicación

Proyecto Nº

Fecha

Responsable Técnico

Informe ensayo con balastos

electrónicos en el enlace TF-2

Auditorías Energéticas

Cliente Dirección General de Carreteras del Cabildo Insular de Tenerife

Proyecto Ensayo de ahorro energético

en Alumbrado Público

Ubicación Autopista enlace TF2 – Santa María del Mar

Proyecto Nº ENA10022

Fecha 23/02/2011

Responsable Técnico

David García – 922 176 009

Auditorías Energéticas

Dirección General de Carreteras del Cabildo Insular de Tenerife

Ensayo de ahorro energético en Alumbrado Público

Santa María del Mar

11

176 009/639 850 276

Índice de contenidos

1. Antecedentes

2. Objeto de la investigación

3. Memoria Descriptiva

i. Procedimiento

ii. Mediciones

iii. Análisis de los datos.

4. Perspectivas futuras del coste energético.

5. Conclusiones

ANEXO I: Mediciones del contador de energía.

ANEXO II: Mediciones del analizador de redes eléctricas

ANEXO III: Determinación horas funcionamiento instalación.

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Autopista enlace TF2 – Santa María del Mar

1. Antecedentes

El Cabildo Insular de Tenerife, en su política de ahorro energético,

decidió colaborar con Energy Saver Europe SL, en la investigación de

la valía un sistema de ahorro de energía eléctrica para el alumbrado

de las carreteras insulares.

Dicho sistema se basa en la sustitución de los balastos

convencionales electromagnéticos, por balastos electrónicos de alto

rendimiento y con control integrado de consumo y telegestionables.

2. Objeto de la investigación

Estudiar el comportamiento eléctrico y analizar los beneficios

económicos generados, de la instalación de balastos electrónicos para

un grupo de luminarias de vapor de sodio a alta presión de 250W,

conectadas a un Centro de Mando de alumbrado de carreteras.

Así mismo, se analizará la corrección del factor de potencia generado

por los balastos convencionales, gracias a los balastos electrónicos

instalados para el estudio.

Quedará fuera de esta investigación, la verificación de los beneficios

en cuanto a reducción del mantenimiento de las luminarias, dado que

el periodo de prueba es de tan sólo cuatro meses, tiempo insuficiente

para obtener resultados concluyentes.

4



3. Memoria descriptiva

i. Procedimiento

Previamente se instalan los balastos electrónicos en una instalación

de alumbrado público viario que consta de 34 luminarias de 250W

emplazadas al comienzo de la TF-2 y los equipos de medida en el

centro de mando de la instalación, sito en el comienzo de la TF-2 a la

altura de Santa María del Mar.

De manera paralela y para tener más datos con los que poder

comparar los resultados obtenidos en la TF-2, se llevará el

seguimiento de una instalación de idénticas características técnicas e

igual número de luminarias (34), equipadas con los antiguos balastos

convencionales electromagnéticos. La instalación elegida está

emplazada en la TF-4, y se tomarán datos en el centro de mando sito

próximo a la Estación de Servicio de Disa, al final de la Avenida

Constitución.

Una vez la instalación ya está correctamente conectada, se llevan a

cabo diferentes tomas de datos telemáticamente del contador de

energía digital instalado por Energy Saver Europe, a través del

módem GSM instalado en el centro de mando de Santa María del Mar,

recibiendo los datos directamente en nuestro Departamento de

Ingeniería.

5



Estos datos son procesados por el software facilitado por el fabricante

del equipo de medida y exportados a Excel para su análisis.

ii. Mediciones:

Para las mediciones se ha utilizado el siguiente contador estático de

energía eléctrica, con funciones de registrador:

Equipo: ORBITAX T3-Fase 2

Marca: ORBIS.

Fabricación: España.

Precisión: Energía activa Clase 1

Energía reactiva Clase 2

Las mediciones se harán sin decimales, ya que el sistema de

telegestión no lo trae implementado, pero no influirá en los

resultados dado que si en una medición quedara algún decimal sin

contabilizar, éste se sumaría al resultado obtenido en la siguiente

medición, y por tanto no se perdería.

Se tomaron valores de consumos en activa y reactiva.

En el Anexo I se presentan tablas con las mediciones de diferentes

días realizados a las luminarias con balasto electrónico.

De igual forma, los consumos y demás parámetros de interés de la

instalación de la TF-4 se llevarán a cabo con otro contador digital

instalado para el estudio.

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Estas mediciones se complementarán con los datos generados por un

analizador de redes eléctricas portátil, que se conectará a un

ordenador para la descarga de la información generada.

En este caso, el equipo utilizado será:

Equipo: Analizador de redes eléctricas AD6810

Marca: ABACANTO Digital.

Fabricación: Taiwán.

Precisión: Potencia CA (W/VA/VAR) ±1%.

Corriente CA ±1%

Tensión CA ±0.5%

Distorsión armónica ±2%

Factor de potencia ±0.04

En este último análisis se medirán los siguientes datos:

- Armónicos de la corriente de fase.

- Desfase entre la tensión y la corriente.

- Potencias activa, reactiva, aparente y coseno de fi.

En el anexo II se adjuntan las fichas de cada una de las mediciones

realizadas y los gráficos obtenidos para cada fase (R-S-T).

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iii. Análisis de los datos.

Una vez vistas las mediciones, pasaremos al análisis detallado de

esos resultados, tanto desde un punto de vista energético, como

estrictamente económico.

Como ya se ha apuntado anteriormente, los datos medidos

corresponden a una instalación de 34 luminarias equipadas con el

balasto electrónico para lámparas de 250W. Para poder analizar los

datos con cierta perspectiva, será necesario poder disponer de un

elemento de comparación al cual referenciar los supuestos objeto de

análisis, y que serán obtenidos en dos instalaciones de idéntico

número de luminarias: TF-2 y TF-4.

Con todo esto y los datos extraídos de las mediciones llevadas a cabo

diferentes días para observar la evolución, obtenemos la siguiente tabla

para el análisis de la instalación equipada con balastos electrónicos de

Energy Saver Europe, en la TF-2:

TF-2 / Balastos Electrónicos 24/11/2010 25/11/2010 06/02/2011

Energía activa consumida 68 kWh 69 kWh 66 kWh

Energía reactiva consumida 0 kVAr 0 kVAr 0 kVAr

Encendido 23-11-10 18:15 24-11-10 18:15 6-2-11 19:00

Apagado 24-11-10 7:45 25-11-10 7:45 7-2-11 8:00

Total horas funcionamiento 13,5 h 13,5 h 13 h

Conjunto 34 luminarias 5,037 kW/h 5,111 kW/h 5,077 kW/h

Cada luminaria 148,1 kW/h 150,3 kW/h 149,3 kW/h

Consumos kW cada hora

8



Observamos que durante los días objeto de análisis las luminarias con

balasto electrónico estuvieron consumiendo energía durante 13 horas

y 30 minutos, con un consumo acumulado de 68 kWh de activa y 0

kVAr de reactiva inductiva, con lo que el factor de potencia de la

instalación es 1 (consumo resistivo puro).

Analizando con detalle las cifras, y haciendo unos cálculos lineales del

total acumulado, tenemos que el conjunto de 34 luminarias

estuvieron consumiendo entre 5,057 y 5,132 kWh de media, que nos

da un consumo unitario de cada luminaria con balasto electrónico de

en torno a los 149,3 Wh.

Del análisis de las mediciones llevadas a cabo en la instalación con

balastos electromagnéticos convencionales (los que se encontraban

ya instalados), obtenemos la siguiente tabla:

TF-4 / Balastos Convencionales Fase R Fase S Fase T Total 21/02/2011

Potencia activa consumida 3,076 kW 2,976 kW 2,391 kW 8,443 kW

Potencia reactiva consumida 2,189 kVAr 2,594 kVAr 2,03 kVAr 6,813 kVAr

Tensión de alimentación 226,4 V 229,5 V 228,9 V -

Coseno de fi 0,815 0,754 0,764 0,782

Conjunto 34 luminarias 8,443 kW/h

Cada luminaria 248,3 W/h

Consumos kW cada hora

En el caso de la lámpara con balasto electromagnético convencional,

este consumo unitario de cada lámpara es de: 248,3 Wh, teniendo

además un consumo de potencia reactiva de 6,8 kVAr/h, con un

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bajo coseno de fi de 0,782 y que será penalizado en la factura por la

compañía eléctrica correspondiente.

Con estos datos, y una vez llevada a cabo las cuentas apropiadas,

obtenemos la siguiente tabla con los porcentajes de ahorro del

balasto electrónico frente a los balastos electromagnéticos

estudiados:

Balasto utilizado kWh unitario % Ahorro

Balasto electrónico - TF2 149,3 kW/h

Balasto convencional - TF4 248,3 kW/h

Ahorro energético obtenido

39,89%

De la tabla se desprende, que el porcentaje de ahorro que se está

dando entre los balastos electrónicos instalados en el enlace TF-2 y

los balastos electromagnéticos que habían anteriormente instalados

en el mismo lugar (datos TF-4), es de prácticamente el 40%.

Además en importante reseñar que el balasto electrónico no tiene

consumo de potencia reactiva, cosa que sí ocurre y de forma muy

significativa, con el balasto convencional de la TF-4.

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Si representamos los datos vistos anteriormente, obtenemos la

siguiente gráfica:

0,0 kW/h

50,0 kW/h

100,0 kW/h

150,0 kW/h

200,0 kW/h

250,0 kW/h

300,0 kW/h

13/12/2010

Consumo por hora de cada luminaria

Consumo con Balasto ESE Consumo con Balasto Convenc.

24/11/201

11



Para el análisis económico de estos datos, tendremos en cuenta los

siguientes aspectos:

Estacional:

• Invierno: periodo de mayor consumo al adelantarse la puesta

de sol y retrasarse su salida. Estará comprendido entre el

último domingo de octubre y el último domingo de marzo del

siguiente año, y por tanto, con una duración aproximada de

149 días.

• Verano: caracterizado por la reducción en torno al 35% de las

horas de funcionamiento de las luminarias al haber una mayor

cantidad de horas de sol al día. La duración de este periodo

ronda los 216 días.

Periodo tarifario:

Tomando como referencia la tarifa eléctrica 3.0A (característica para

instalaciones de alumbrado público) de la comercializadora Nexus

Energía S.A. y actualizada a 2011. Además vemos que esta presenta

diferentes tarifas en función de la franja horaria:

• Punta: franja horaria de mayor costo.

• Llano: franja horaria de costo reducido.

• Valle: franja horaria de menor costo.

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En los datos se ha contemplado impuestos y demás recargos

aplicables en la factura eléctrica para consumos eléctricos.

De manera gráfica, los datos quedarían de la siguiente forma para el

día 15 de diciembre:

Para realizar el cálculo anual de horas de funcionamiento, se usará la

herramienta “Sun Calculator” para determinar las puestas y salidas

del sol durante todo el año y que coincidirá con la conexión y

desconexión de las lámparas. Se ha fijado como coordenadas las

propias de Tenerife (28,47 y -16,25). Ver tabla de datos completa en

el Anexo II.

0 kW/h

10 kW/h

20 kW/h

30 kW/h

40 kW/h

50 kW/h

60 kW/h

70 kW/h

80 kW/h

Punta (18-22h) Llano (22-00h) Valle (00-08h)

Distribución consumos durante el día 15/12/2010

Consumo con Balasto ESE Consumo nominal

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Con ello, obtenemos los valores de la siguiente tabla para los datos

obtenidos en la TF-2 y TF-4, para un total de 4222 horas de

funcionamiento anuales:

Cálculo ahorro anual Punta Llano Valle

Consumo anual 503 kWh 1260 kWh 2459 kWh

Coste energía Tarifa 3.0A (2011) 0,17060 € * kWh 0,12738 € * kWh 0,07651 € * kWh

Consumo unit. Balasto electrónico 156,86 Wh 132,35 Wh 142,94 Wh

Gasto anual balasto electrónico 14,4 € 22,8 € 28,8 €

Consumo unit. Balasto convencional 248,30 Wh 248,30 Wh 248,30 Wh

Gasto anual balasto convencional 22,9 € 42,7 € 50,1 €

Diferencia 8,4 € 20,0 € 21,3 €

Total ahorrado (impuestos incluidos) 49,63 €

De la tabla se desprende que el ahorro económico anualizado de

cada balasto electrónico frente al convencional instalado en la TF-

4, es de 49,63€ reales de consumo.

A estas cifras habría que añadir los ahorros económicos por aumento

de vida de la lámpara (x2) y de ahorros por menores

operaciones de mantenimiento, y que quedaron fuera del

presente estudio.

Balasto electrónico - TF-2

Balasto convencional - TF-4

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Reactiva

Resulta interesante comprobar el consumo NULO de energía

reactiva que tiene la instalación con balastos electrónicos, y que

redundará en un beneficio adicional para el cliente al verse excluido

del pago de un recargo a la compañía eléctrica, por el uso de esta

energía.

Con los valores medidos obtenemos la siguiente tabla:

0,78

0,2 kVAr

844 kVAr

0,04155 €/kVAr

Estimación Penalización Reactiva (Balastos convencionales)

Coseno de Fi

Energía reactiva por hora

Energía reactiva anual (4222h funcionamiento)

Recargo cosψ < 0,9

Recargo ANUAL por reactiva por cada balasto

convencional6,77 €

Toda vez realizados los pertinentes cálculos, vemos que el recargo

que estaría abonando el cliente por el uso de la tecnología

electromagnética estaría en torno a los 6,77€ al año por cada

luminaria con balasto convencional.

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0 %

2 %

4 %

6 %

8 %

10 %

12 %

% incremento

% IPC

4. Perspectivas futuras del coste energético

No cabe duda, que la liberación del mercado energético de la

electricidad, ha conllevado un alza destacable en los precios que paga

el usuario por la electricidad consumida, toda vez que la regulación y

protección estatal ha desaparecido de forma parcial.

En la siguiente gráfica, puede apreciarse la evolución del coste de la

electricidad en España, comparada con la evolución del IPC:

Año % incremento % IPC

2002 0,32 % 4 %

2003 1,65 % 2,6 %

2004 1,72 % 3,2 %

2005 1,71 % 3,7 %

2006 5,92 % 2,7 %

2007 6,18 % 4,2 %

2008 9,08 % 1,4 %

2009 9,3 % 0,6 %

2010 9,6 % 1,7 %

2011 10 % 1 %

Fuente: UNESA Avance 2009 y CNE 2010

Como puede apreciarse, la tendencia futura del precio de la

electricidad en España continuará al alza hasta que se equilibre el

coste de la producción con el coste al usuario final, anulando el

llamado “déficit tarifario” que actualmente existe y es cubierto a

través de los Presupuestos Generales del Estado.

A esto hay que sumarle el oscuro futuro que se

cierne sobre la principal materia prima

utilizada en Canarias para la producción de la

energía eléctrica, el petróleo, y que en los

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últimos 5 años ha incrementado su precio hasta en un 80% (de $50

barril a $90), convirtiendo la producción eléctrica insular, en una de

las más caras del territorio nacional, pero sólo la subvención Estatal

permite mantener el precio de la electricidad al mismo nivel que en la

península.

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5. Conclusiones

A la vista de los datos aportados y los cálculos realizados, se observa

que la sustitución de balastos electromagnéticos por balastos

electrónicos, en luminarias de 250W de sodio de alta presión,

presenta las siguientes ventajas:

Energéticas:

• Se pasaría de consumir 250W a tan sólo 150W por luminaria,

con un ahorro energético del 40%.

Medioambientales:

• Teniendo en cuenta que el mix eléctrico insular produce 0,981

kg.Co2/kWh (fuente: Guía Técnica IDAE “Contabilización de

consumos”), lograríamos evitar el envío a la atmósfera de 420

kg de Co2 por cada luminaria, equivalente al que produce un

coche dando la vuelta a la isla de Tenerife 20 veces.

Económicas:

• Se lograría una reducción en la factura eléctrica de hasta 50€

anuales por cada luminaria.

• Se logaría adicionalmente un ahorro en la factura de 6,7€

anuales y luminaria por la eliminación de la energía reactiva.

• Este ahorro será incluso mayor debido a las subidas que se

prevé experimente el sector eléctrico.

Otras:

• Ahorro en mantenimientos.

• Alargamiento vida útil de las lámparas un 50% mínimo.

• Generación de puestos de trabajo en la isla de Tenerife.

ANEXOS

Tm Lect Tipo Fecha Hora Est. Activa A+ Descrip. React. Ri+ Descrip.

2c Inc. Int 25/11/10 17:00 Inv. 0 kWh, AL, IV, 0 kvarh, AL, IV,







2c Inc. Int 25/11/10 18:45 Inv. 2 kWh, 0 kvarh,






















































ANEXO I

Mediciones del día 25 de noviembre: balasto electrónico

Mediciones del día 20 de diciembre: balasto convencional

Tm Lect Tipo Fecha Hora Est. Activa A+ Descrip. React. Ri+ Descrip.



























































ANEXO II

Mediciones analizador de redes eléctricas: FASE R

Mediciones analizador de redes eléctricas: FASE S

Mediciones analizador de redes eléctricas: FASE T

ANEXO III

Duración diaria de la noche y su distribución horaria en tramos tarifarios para 2010, para la isla de Tenerife (fuente: Sun/Moon Calculator).

Day Date Rise Set Punta Llano Valle TOTAL Day Date Rise Set Punta Llano Valle TOTAL

Fri 1 Jan 2010 7:58 18:20 3:40 2:00 7:42 13:22 Thu 1 Apr 2010 6:55 19:23 4:37 6:39 11:16

Sat 2 Jan 2010 7:58 18:21 3:39 2:00 7:42 13:21 Fri 2 Apr 2010 6:54 19:24 4:36 6:38 11:14

Sun 3 Jan 2010 7:58 18:21 3:39 2:00 7:42 13:21 Sat 3 Apr 2010 6:53 19:24 4:36 6:37 11:13

Mon 4 Jan 2010 7:58 18:22 3:38 2:00 7:42 13:20 Sun 4 Apr 2010 6:52 19:25 4:35 6:36 11:11

Tue 5 Jan 2010 7:58 18:23 3:37 2:00 7:42 13:19 Mon 5 Apr 2010 6:51 19:25 4:35 6:35 11:10

Wed 6 Jan 2010 7:58 18:24 3:36 2:00 7:42 13:18 Tue 6 Apr 2010 6:50 19:26 4:34 6:34 11:08

Thu 7 Jan 2010 7:59 18:24 3:36 2:00 7:43 13:19 Wed 7 Apr 2010 6:49 19:26 4:34 6:33 11:07

Fri 8 Jan 2010 7:59 18:25 3:35 2:00 7:43 13:18 Thu 8 Apr 2010 6:48 19:27 4:33 6:32 11:05

Sat 9 Jan 2010 7:59 18:26 3:34 2:00 7:43 13:17 Fri 9 Apr 2010 6:47 19:27 4:33 6:31 11:04

Sun 10 Jan 2010 7:59 18:27 3:33 2:00 7:43 13:16 Sat 10 Apr 2010 6:45 19:28 4:32 6:29 11:01

Mon 11 Jan 2010 7:59 18:28 3:32 2:00 7:43 13:15 Sun 11 Apr 2010 6:44 19:29 4:31 6:28 10:59

Tue 12 Jan 2010 7:59 18:28 3:32 2:00 7:43 13:15 Mon 12 Apr 2010 6:43 19:29 4:31 6:27 10:58

Wed 13 Jan 2010 7:59 18:29 3:31 2:00 7:43 13:14 Tue 13 Apr 2010 6:42 19:30 4:30 6:26 10:56

Thu 14 Jan 2010 7:59 18:30 3:30 2:00 7:43 13:13 Wed 14 Apr 2010 6:41 19:30 4:30 6:25 10:55

Fri 15 Jan 2010 7:59 18:31 3:29 2:00 7:43 13:12 Thu 15 Apr 2010 6:40 19:31 4:29 6:24 10:53

Sat 16 Jan 2010 7:58 18:32 3:28 2:00 7:42 13:10 Fri 16 Apr 2010 6:39 19:31 4:29 6:23 10:52

Sun 17 Jan 2010 7:58 18:32 3:28 2:00 7:42 13:10 Sat 17 Apr 2010 6:38 19:32 4:28 6:22 10:50

Mon 18 Jan 2010 7:58 18:33 3:27 2:00 7:42 13:09 Sun 18 Apr 2010 6:37 19:33 4:27 6:21 10:48

Tue 19 Jan 2010 7:58 18:34 3:26 2:00 7:42 13:08 Mon 19 Apr 2010 6:36 19:33 4:27 6:20 10:47

Wed 20 Jan 2010 7:58 18:35 3:25 2:00 7:42 13:07 Tue 20 Apr 2010 6:35 19:34 4:26 6:19 10:45

Thu 21 Jan 2010 7:57 18:36 3:24 2:00 7:41 13:05 Wed 21 Apr 2010 6:34 19:34 4:26 6:18 10:44

Fri 22 Jan 2010 7:57 18:37 3:23 2:00 7:41 13:04 Thu 22 Apr 2010 6:33 19:35 4:25 6:17 10:42

Sat 23 Jan 2010 7:57 18:37 3:23 2:00 7:41 13:04 Fri 23 Apr 2010 6:32 19:35 4:25 6:16 10:41

Sun 24 Jan 2010 7:57 18:38 3:22 2:00 7:41 13:03 Sat 24 Apr 2010 6:31 19:36 4:24 6:15 10:39

Mon 25 Jan 2010 7:56 18:39 3:21 2:00 7:40 13:01 Sun 25 Apr 2010 6:30 19:37 4:23 6:14 10:37

Tue 26 Jan 2010 7:56 18:40 3:20 2:00 7:40 13:00 Mon 26 Apr 2010 6:29 19:37 4:23 6:13 10:36

Wed 27 Jan 2010 7:55 18:41 3:19 2:00 7:39 12:58 Tue 27 Apr 2010 6:28 19:38 4:22 6:12 10:34

Thu 28 Jan 2010 7:55 18:42 3:18 2:00 7:39 12:57 Wed 28 Apr 2010 6:27 19:38 4:22 6:11 10:33

Fri 29 Jan 2010 7:55 18:42 3:18 2:00 7:39 12:57 Thu 29 Apr 2010 6:27 19:39 4:21 6:11 10:32

Sat 30 Jan 2010 7:54 18:43 3:17 2:00 7:38 12:55 Fri 30 Apr 2010 6:26 19:40 4:20 6:10 10:30

Sun 31 Jan 2010 7:54 18:44 3:16 2:00 7:38 12:54 Sat 1 May 2010 6:25 19:40 4:20 6:09 10:29

Mon 1 Feb 2010 7:53 18:45 3:15 2:00 7:37 12:52 Sun 2 May 2010 6:24 19:41 4:19 6:08 10:27

Tue 2 Feb 2010 7:52 18:46 3:14 2:00 7:36 12:50 Mon 3 May 2010 6:23 19:41 4:19 6:07 10:26

Wed 3 Feb 2010 7:52 18:46 3:14 2:00 7:36 12:50 Tue 4 May 2010 6:22 19:42 4:18 6:06 10:24

Thu 4 Feb 2010 7:51 18:47 3:13 2:00 7:35 12:48 Wed 5 May 2010 6:22 19:43 4:17 6:06 10:23

Fri 5 Feb 2010 7:51 18:48 3:12 2:00 7:35 12:47 Thu 6 May 2010 6:21 19:43 4:17 6:05 10:22

Sat 6 Feb 2010 7:50 18:49 3:11 2:00 7:34 12:45 Fri 7 May 2010 6:20 19:44 4:16 6:04 10:20

Sun 7 Feb 2010 7:49 18:50 3:10 2:00 7:33 12:43 Sat 8 May 2010 6:19 19:44 4:16 6:03 10:19

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