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DIAGRAMAS

1. Diagramas en Bloques (BD)

Los diagramas en bloques son, prcticamente, ideogramas de proceso, en trminos

principalmente fundamentales. Es decir, si se desea separar un compuesto "A" de una solucin,

simplemente se dispondr una caja negra que corresponde a un proceso de separacin... que tal

proceso sea factible y que exista la tecnologa necesaria es asunto de etapas posteriores. En

cuanto la factibilidad se resuelve, la caja es reemplazada por un equipo concreto, en un tipo de

diagrama posterior.

Para resolver balances de materia y energa, el primer paso en la mayora de las ocasiones

consiste en convertir el texto del problema en un diagrama de bloques sencillo. Este diagrama

est formado por una serie de bloques conectados por corrientes (flujos) de entrada y salida.

Deben incluir condiciones de operacin (temperatura y presin) y otra informacin importante,

tal como el grado de conversin o el rendimiento de recuperacin en base al enunciado del

problema. No proporciona detalles sobre cmo funcionan los elementos individuales que

forman parte de cada bloque, sino que se centra en las corrientes principales que definen el

proceso.

El formato general y los criterios a seguir para preparar este tipo de diagramas son:

1. Las operaciones bsicas se muestran en forma de bloques. No es necesario recurrir a la

forma fsica real del equipo/s involucrados.

2. Las lneas de flujo o corrientes principales deben aparecer con flechas para indicar el

sentido del flujo.

3. El sentido del flujo debe ir de izquierda a derecha siempre que sea posible.

4. Las corrientes ligeras (gases) deben salir por la parte superior de los bloques, mientras que las

corrientes pesadas (lquidos y slidos) deben salir por la parte inferior de los bloques.

5. Debe incluirse slo la nica informacin que sea crtica para definir el proceso (rendimientos,

conversiones,...).

6. Si las lneas de flujo se cruzan, se mantendr la lnea horizontal continua y la vertical

aparecer dividida.

7. Se indicarn balances de materia simplificados siempre que se pueda.

Es cierto que el diagrama de bloque carece de mucha informacin del proceso, queda claro que

es muy til para tener una primera impresin de lo que sucede y explicar las caractersticas

principales del proceso. Este tipo de diagramas son el punto de partida de los diagramas de flujo

de proceso (PFD) que veremos ms adelante.

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2. Diagramas detallados de equipos

Este diagrama incluye las tuberas del proceso, las vlvulas, los desages, las desviaciones, las

ventilaciones, los reciclos y todos los equipos de proceso.

El diagrama detallado no suele ser necesario para la estimacin inicial de costos; su aporte es

valioso, ms bien, en el clculo afinado de costos de la planta. Existen algunos sistemas CAD

que incorporan un buen nivel de avance hacia este tipo de diagrama.

En este nivel de detalle, los costos se estiman por coeficientes globales, nacidos de la emprica.

Por ejemplo, conocida la inversin en los equipos principales (desde el punto de vista de la

inversin, es decir, los ms grandes y costosos), se estiman los costos de: instalaciones

elctricas; instrumentacin; servicios de calor y fro; canalizaciones, operacin; de mantencin;

etc. mediante coeficientes (15%, 20%, 5%, etc.)

Los diagramas de flujo de proceso suponen, respecto a los diagramas de bloques, un escaln

cuantitativo ms en lo que se refiere a la cantidad de informacin que aportan. Un PFD contiene

el grueso de todos los datos qumicos necesarios que permiten el diseo de un proceso.

Para este tipo de diagramas ya no existe una serie de criterios o normas estndar globalmente

aceptadas por cualquier empresa, pero vamos a tratar de exponer las directrices que permitan

elaborarlos con un mnimo de homogeneidad independientemente de los criterios particulares

que cada empresa o grupo de ingeniera puedan manejar para cada caso concreto.

Un PFD convencional debe contener la siguiente informacin:

1. Representacin de todos los equipos (operaciones bsicas) principales, junto con su

descripcin. A cada equipo se le debe asignar un nmero o cdigo nico y un nombre que lo

describa.

2. Todas las corrientes de proceso debern aparecer identificadas con un nmero. Asimismo, se

debe incluir una descripcin de las condiciones de proceso (P, T, caudal,...) y la composicin

qumica de cada corriente. Estos datos se pueden incluir directamente en el PFD o pueden

aparecer en una tabla anexa al diagrama.

3. Todas las corrientes o flujos auxiliares (vapor, agua de refrigeracin, aire, ...) que

afecten a los equipos principales.

4. Lazos bsicos de control, de manera que se pueda observar la estrategia de control

empleada a la hora de operar la planta en condiciones normales.

Queda claro, por tanto, que un PFD es un diagrama complejo que requiere de un esfuerzo

sustancial para prepararlo. Es vital evitar errores en la presentacin e interpretacin de los

mismos, de manera que sean sencillos de seguir. A menudo los PFD requieren de unos tamaos

de papel considerablemente grandes e incluso se hace necesario unir varios formatos de papel

para disponer de toda la informacin para un proceso completo. Este hecho hace que los

ejemplos que se muestran a partir de este punto hayan sido simplificados, de manera que, sin

perder el nivel de detalle exigido, permitan entender la filosofa y reglas generales para su

elaboracin.

Convenciones para la identificacin de equipos C : compresores E : intercambiadores de calor H : calentadores a llama P : bombas R : reactores T : columnas TK: estanques de almacenamiento V : estanque de proceso

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Numeracin de los equipos (Ejemplo) P-101 A/B identifica un bomba P-101 A/B identifica que la bomba esta ubicada en el rea N 1 de la planta P-101 A/B identifica que la bomba es la nmero 01 de las n existentes en la planta P-101 A/B identifica que hay dos bombas idnticas, una de respaldo (backup).

3. Diagrama de distribucin de equipos e instalaciones (Lay-out) Conocidos los equipos principales y las instalaciones de servicio necesarias (por ejemplo, si

deben llegar camiones de despacho de productos, se deber considerar el rea necesaria para su

entrada, salida y maniobras de carga o descarga), se desarrolla un diagrama que especifique

donde est cada equipo y donde est cada instalacin (estacionamiento de ejecutivos, garaje,

caldera, subestacin elctrica, casino, sala cuna, etc.) Este diagrama se suele conocer como el

Lay-out del proyecto o de la Planta. Su precisin incide sobre la precisin de la estimacin de

costos de terrenos y sobre las prdidas de carga asociadas a los equipos (las cotas pueden

significar que se deban instalar bombas de impulsin que, de variar la localizacin de equipos,

se podran ahorrar). En este curso se supondr que los alumnos conocen suficientemente los

diagramas de distribucin de equipos e instalaciones de plantas o, en su defecto, que el concepto

es suficientemente claro.

4. Diagramas de Instrumentacin y Proceso (P&ID) Un diagrama de tubera e instrumentacin es la representacin grafica de la secuencia de

equipos, tuberas y accesorios que conforman una seccin de una planta (batera de separacin,

de compresin, rebombeo, centro operativo, centro de proceso, etc).

Este diagrama especifica tanto la conexin de un equipo con otro en forma precisa (dimetro y

longitud de caeras o canaletas, prdidas de carga asociadas a singularidades, etc.) como los

aparatos que permiten el manejo concreto del proceso. Estos proporcionan la informacin que

necesitan los ingenieros para comenzar a planificar la construccin de la planta. En muchos

casos se pueden indicar los requisitos de instrumentacin en los propios diagramas

simplificados, pero, si la instrumentacin es compleja, resulta necesario desarrollar un diagrama

ms detallado, destacando todos los reguladores e instrumentos.

El diagrama de instrumentacin, junto al diagrama simplificado de equipos, recibe el nombre de

Diagrama de Instrumentacin y Proceso, referido habitualmente como el P&ID (lase P and Ai

D) representando la abreviacin de Piping and Instrumentation Diagram (se ver,

posteriormente, que el nombre abreviado puede resultar inadecuado ya que existe un algoritmo

de control de procesos, muy comn, llamado PID, por ser un algoritmo en que la accin de

control es Proporcional, Integral y Derivativa respecto del error en la variables controlada).

Un P&ID est definido por el Instituto de Instrumentacin y Control de la siguiente manera:

Un diagrama que muestra la interconexin de equipos de proceso e instrumentos utilizados para controlar el proceso. En la industria de procesos, un conjunto estndar de smbolos se

utiliza para preparar los dibujos de los procesos. El instrumento de smbolos utilizados en estos

dibujos se basa generalmente en Sistemas de Instrumentacin y Automatizacin de la sociedad

(ISA) Norma S5.1.

Es el principal esquema utilizado para la colocacin de un proceso de control de la instalacin.

Los P&ID desempean un papel importante en el mantenimiento y modificacin del proceso

que describe. Es fundamental para demostrar la secuencia fsica de los equipos y sistemas, as

como la forma en que estos sistemas de conexin. Durante la etapa de diseo, el esquema

tambin proporciona la base para el desarrollo de sistemas de control del sistema, lo que permite

aumentar la seguridad operacional y las investigaciones, como los estudios de peligros y

operabilidad (HAZOP).

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Para las instalaciones de procesamiento, es una representacin pictrica de

Instrumentos clave de las tuberas y los detalles

Control y sistemas de cierre

Seguridad y los requisitos reglamentarios

Puesta en marcha e informacin operativa

La tabla siguiente tabla resume los criterios principales para identificar la informacin relativa a

los elementos de control e instrumentacin.

Especificaciones de equipos que debe reflejarse en los PFD y PID

Merece la pena recordar que en la mayora de los procesos qumicos el elemento final de control

es una vlvula. Esto quiere decir que toda la estrategia de control est basada en el efecto que

tiene en determinadas variables de proceso el cambio en el caudal de alguna corriente. La clave

para entender la lgica del control es identificar qu caudal se est manipulando para controlar

una determinada variable. Una vez hecho esto es relativamente sencillo ver en qu sentido debe

cambiar la apertura o cierre de una vlvula para producir el cambio deseado en la variable que

se quiere controlar. El tiempo de respuesta del sistema y el tipo de accin de control empleada

(proporcional, integral y/o derivativa) es una tarea que queda para los ingenieros de control.

El P&ID es la ltima etapa del proceso de diseo bsico y sirve como gua para los

responsables del diseo final y la construccin de la planta. En base a estos diagramas:

- Los ingenieros civiles y mecnicos disean e instalan los equipos.

- Los ingenieros de instrumentacin especifican, instalan y comprueban los sistemas de control.

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- Los ingenieros responsables de las conducciones desarrollan la distribucin en planta y en 3D.

- Los ingenieros de organizacin elaboran la planificacin temporal de los trabajos de

construccin de la planta.

Los P&ID tambin se emplean para la formacin de los operadores de planta. Una vez que la

planta est construida y est operativa, hay unos lmites claros para lo que puede hacer un

operador. Para cambiar o mejorar el rendimiento de alguna unidad de la planta, lo ms que se

permite es abrir, cerrar o cambiar la posicin de una vlvula. Parte del trabajo de formacin del

operador consiste en la simulacin de situaciones en las que el operador debe decidir qu

vlvula hay que cambiar, cunto hay que abrirla o cerrarla y qu variables se deben vigilar para

comprobar los efectos producidos por dicho cambio. Los P&ID tambin son especialmente

tiles en la elaboracin de los procedimientos de puesta en marcha y parada, en los cuales el

sistema no est sujeto al sistema de control instalado para el funcionamiento ordinario de la

instalacin.

4. Diagramas complementarios

Durante las fases de planificacin y construccin de un nuevo proyecto son necesarios

varios diagramas adicionales. Si bien estos diagramas son esenciales para finalizar con xito la

construccin de la planta, no proporcionan informacin adicional sobre el proceso, por lo que

mencionaremos brevemente los ms habituales:

- Diagramas de servicios auxiliares: Debe mostrar todas las corrientes disponibles de servicios

auxiliares (vapor, agua de refrigeracin, etc...)

- Diagramas de ubicacin y elevacin de los equipos: Deben indicar las cotas de altura y

situacin de los equipos principales, de forma que sea posible el acceso a ellos para tareas de

reparacin y/o mantenimiento.

- Diagrama isomtrico de tuberas: Indican la elevacin y orientacin de cada tramo de tubera.

- Planos de situacin y emplazamiento.

- Diagramas unifilares.

- Diagramas estructurales de soportes.

Todos los diagramas anteriores son valiosos si disminuyen progresivamente la incertidumbre

asociada a un proceso y si son tiles para generar los planos de detalle que corresponden a las

etapas finales del diseo del proyecto.

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SIMBOLOGIA EN PROCESOS

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Procesos de Refinacin de Petrleo 1. Destilacin Primaria

Este proceso inicia la refinacin del petrleo y su funcin es separar los diferentes componentes

del crudo en una torre de destilacin. Los productos del proceso son gas combustible, gasolina

de destilacin directa, naftas ligera y pesada, combustleos y crudo reducido.

La destilacin del crudo, se basa en la transferencia de masa entre las fases liquido-vapor de una

mezcla de hidrocarburos.

La destilacin permite la separacin de los componentes de una mezcla de hidrocarburos, como

lo es el petrleo, en funcin de sus temperaturas de ebullicin.

Para que se produzca la "separacin o fraccionamiento" de los cortes, se debe alcanzar el

equilibrio entre las fases lquido-vapor, ya que de esta manera los componentes ms livianos o

de menor peso molecular se concentran en la fase vapor y por el contrario los de mayor peso

molecular predominan en la fase liquida, en definitiva se aprovecha las diferencias de

volatilidad de los hidrocarburos.

El equilibrio lquido-vapor, depende principalmente de los parmetros termodinmicos, presin

y temperatura del sistema. Las unidades se disean para que se produzcan estos equilibrios en

forma controlada y durante el tiempo necesario para obtener los combustibles especificados.

Bsicamente el proceso consiste en vaporizar los hidrocarburos del crudo y luego condensarlos

en cortes definidos. Modificando fundamentalmente la temperatura, a lo largo de la columna

fraccionadora.

La vaporizacin o fase vapor se produce en el horno y zona de carga de la comuna

fraccionadora. En el Horno se transfiere la energa trmica necesaria para producir el cambio de

fase y en la Zona de Carga se disminuye la presin del sistema, producindose el flash de la

carga, obtenindose la vaporizacin definitiva.

La fase liquida se logra con reflujos de hidrocarburos retornados a la torre. Estos reflujos son

corrientes liquidas de hidrocarburos que se enfran por intercambio con crudo o fluidos

refrigerantes. La funcin u objetivo principal de estos , es eliminar o disipar en forma controlada

la energa cedida a los hidrocarburos en el horno, de esta manera se enfra y condensa la carga

vaporizada, en cortes o fracciones de hidrocarburos especificas, obtenindose los combustibles

correspondientes.

La columna posee bandejas o platos donde se produce el equilibrio entre los vapores que

ascienden y los lquidos descendentes. En puntos o alturas exactamente calculadas existen

platos colectores desde lo que se extraen los combustibles destilados.

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2. Desulfuracin Son procesos donde se hace reaccionar hidrgeno con hidrocarburos insaturados (olefinas y

aromticos) transformndolos en saturados (parafinicos y naftnicos). Adems el hidrgeno

reacciona con compuestos de azufre, nitrgeno y oxigenados transformandolos en cido

sulfhdrico (SH2), amoniaco (NH3) y agua (H2O).

En esta unidad se purifica la corriente alimentada eliminndole bsicamente los compuestos

de azufre; tambin se eliminan nitrgeno, oxgeno y metales pesados. Todo esto es con

objeto de proteger los catalizadores empleados en otros procesos de la refinera. Los flujos

de entrada que se manejan en este proceso son hidrocarburos seleccionados de la destilacin

primaria con hidrgeno convirtiendo los compuestos de azufre en sulfuro de hidrgeno el

cual se elimina en forma gaseosa. Los productos del proceso son: gasolina desulfurizada,

naftas ligera y pesada desulfurizada, o combustleos desulfurizados o combustleos

catalticos desulfurizados.

La carga esta constituida por naftas pesadas de destilacin primaria ( Topping ) y naftas

pesadas de las Unidades de Coque. Luego de ser calentada, la carga pasa por un sistema de

reaccin donde el hidrocarburo toma contacto con el hidrgeno en presencia de un

catalizador. La corriente de salida del sistema de reaccin pasa por un separador de alta

presin donde se separa el hidrgeno que no reaccion junto con parte del sulfhdrico y

amonaco formado, luego la corriente pasa a una torre estabilizadora donde se elimina una

pequea cantidad de gases por la parte superior. Por el fondo sale nafta hidrotratada

.

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3. Reformacin La nafta desulfurizada se bombea a este proceso, el cual cumple la funcin de rearreglar los

hidrocarburos por medio de desintegracin en catalizadores de platino-aluminio y bimetlico

para producir gasolina de alto octano. Los productos de la unidad son: gasolina reformada de

alto octano, hidrgeno, gas combustible y residuos ligeros.

La alimentacin del Reforming de Naftas proviene de las naftas pesadas de Coque las que son

tratadas previamente en las Unidades de Hidrotratamiento de Naftas con el fin de eliminar sus

contaminantes. La carga a la Unidad de Reforming ingresa a la seccin de Reaccin que consta

de tres reactores en serie. En ellos se desarrollan los diferentes tipos de reacciones qumicas . El

producto de salida de los reactores pasa por un separador de alta presin donde se libera el

hidrgeno producido por las reacciones.

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4. Isomerizacin en este proceso se emplea como materia prima la gasolina producto de la destilacin primaria y

desulfurizada por la hidrodesulfurizacin. En este proceso tambin son rearreglados o

reacomodados los hidrocarburos de la gasolina, en presencia de un catalizador de platino o de

cloruro de aluminio. El producto es la gasolina de alto octano y gas combustible.

La seccin de HTN separa en un splitter el corte isomerizable de pentanos y hexanos de la Nafta

Liviana por la parte superior, y el corte de heptanos y superiores, no isomerizables por la parte

inferior.

La corriente de pentanos y hexanos se pone en contacto con hidrgeno y es llevada a la

temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones, a travs de un horno de proceso,

antes de ingresar al reactor.

En el reactor se producen las reacciones de hidrotratamiento sobre un catalizador de Cobalto-

Molibdeno para eliminar los contaminantes : metales, olefinas y compuestos de azufre y

nitrgeno.

El efluente ingresa a un stripper para despojar por la parte superior los gases de azufre

producidos en el reactor; y de all es tratado en un lecho adsorbente, sulfur guard, para eliminar

cualquier traza de azufre que pueda an contener para finalmente ser enviado a la seccin de

Penex. La carga de pentanos y hexanos, ya tratada en HTN, pasa a travs de unos secadores

cuya funcin es la de adsorber el agua disuelta, ya que sta se comporta como un oxigenado

frente al catalizador de Penex.

Luego de pasar por los secadores la corriente se lleva a temperatura de reaccin mediante un

sistema de intercambio con el efluente del mismo.

Mientras que en el primer reactor se favorece la cintica de las reacciones operando a mayor

temperatura, en el segundo se favorece el equilibrio termodinmico de las mismas mediante su

operacin a menor temperatura.

El catalizador de los reactores de Penex est compuesto por platino sobre almina clorada.

El efluente del segundo reactor es enviado a una torre estabilizadora para despojar los

compuestos livianos de la nafta isomerada.

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5. Coquizacin Los residuos de la destilacin al vaco son desintegrados trmicamente para convertirlos en

combustibles ligeros y en coque. Los productos en este proceso son: gas combustible, nafta,

gasleos ligeros y pesados y coque.

Las molculas de elevado peso molecular son descompuestas trmicamente en otras ms

pequeas y de ms bajo punto de ebullicin, buscndose el rendimiento mximo de

hidrocarburos que estn en el rango de ebullicin de la nafta, con elevado nmero octnico.

BOMBAS

DIAGRAMA DE FLUJODE PROCESO

DIAGRAMA DE TUBERIAE INSTRUMENTACION

CENTRIFUGAS

ROTATIVAS

RECIPROCANTES

SIMBOLOS DE EQUIPOS

COMPRESORESDIAGRAMA DE FLUJO

DE PROCESODIAGRAMA DE TUBERIA

E INSTRUMENTACION

CENTRIFUGOS

RECIPROCANTES DE UNA ETAPA

RECIPROCANTES MULTI ETAPA

VENTILADORES



INTERCAMBIADORES DE CALOR



CARCAZA Y TUBO

DOBLE TUBO



REHERVIDOR TIPO KETTLE

ENFRIADOR POR AIRE

RECIPIENTES A PRESION



REACTORES Y COLUMNAS

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INTERNOS PARA RECIPIENTES A PRESION

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SEPARADORES / ACUMULADORES

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TANQUES Y ESFERAS

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HORNOS

SECADORES

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SEPARADORES MECANICOS Y POR GRAVEDAD

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EQUIPOS DE TRANSPORTE ESTACIONARIO

BRAZO DE CARGA

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EQUIPOS MISCELANEOS

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IDENTIFICACION DE EQUIPOSEl sistema para identificar y numerara equipos de proceso es como sigue:

1 2 3 4 5 6

Explicacin:Campo (1) Una, dos o tres letras indicando el cdigo del equipo (vase lista).Campo (2) Primer dgito del cdigo que idententifica la planta.Campo (3) Un dgito que identifica cdigo del rea o seccin.Campos (4, 5) Nmero consecutivo del equipo, abarcando del 01 al 99.Campos (6) Una o varias letras para mostrar duplicado de equipos. Por ejemplo, cuatro

equipos idnticos y con la misma funcin A/B/C/D.NOTA: Los equipos motrices (motores) de equipos rotativos o enfriadores por aire

se les asignan nmeros iguales a los de los equipos propiamente dichos.Ejemplo:Bomba No. P3201A/B/C/DMotor No. PM3201A/B/C/D

CODIGOS DE EQUIPOS

Cdigo DescripcinA Equipos miscelneosB TolvaC Columna, torre

CT Torre de EnfriamientoCV Vlvula de controlD Secador

DE Motor dieselDH Desaereador

DMM Motor Mezclador DinmicoE Equipo de transferencia de calor (sin fuego directo)

EM Motor de Enfriador / VentiladorF Equipo de transferencia de calor (a fuego directo) Hornos, incineradores

FIL FiltroFLA MechurrioG Generador

GT Turbina generadoraJ Eyector, inyectorK Compresor, soplador, ventilador

KM Motor de compresorKT Turbina de CompresorLA Brazo de CargaMD Mezclador DinmicoME Mezclador EstticoMA Agitador MecnicoN TransformadorP Bomba

PM Motor de bombaPT Turbina de bombaO Transmisin mecnicaR Reactor, convertidor

RV Vlvula de seguridad / alivioS Separador mecnico o por gravedad (por ejemplo: filtro, decantador,

colador, colector de polvo, tamiz, etc.)

Cdigo DescripcinSL SiloSG CalderaSV Recipiente de almacenamiento presurizado (por ejemplo: esfera, salchicha,

etc.)ST Turbina de vaporT Tanque de almacenamientoV Recipiente de proceso presurizado (separadores, acumuladores)W Equipo de pesajeX Equipo estacionario de transporte

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