Guida definitiva: Valvole a saracinesca azionate per l'automazione industriale

La forza principale del progresso dell'industria moderna è la combinazione di precisione ed efficienza. Gestire la quantità e la velocità di ogni liquido e gas è molto importante, proprio come un direttore d'orchestra guida un'orchestra. La valvola a saracinesca attuata è una parte fondamentale del complesso processo industriale. È un componente principale dell'automazione, che aiuta a mantenere una produzione regolare e a consumare meno energia.

Che cos'è una valvola a saracinesca attuata?

Pensate a un fiume che si muove velocemente e a volte si ferma e ha bisogno di una direzione attenta. La funzione "on/off" nelle condutture industriali è gestita dalla valvola a saracinesca attuata. Non si tratta di una semplice valvola, ma di una valvola a saracinesca e di un attuatore di automazione.

Una valvola a saracinesca manuale viene aperta o chiusa sollevando o abbassando un cancello all'interno della valvola con lo sforzo umano. Una valvola a saracinesca attuata è controllata da motori elettrici, cilindri pneumatici o cilindri idraulici. I segnali elettrici, pneumatici o idraulici vengono trasformati in movimenti che spostano automaticamente il cancello. Rende le operazioni più efficienti, precise e sicure. È importante come un faro, in quanto contribuisce a garantire una produzione sicura in situazioni di temperature elevate, alta pressione, materiali tossici o pericoli.

Le valvole a saracinesca azionate sono preferite a quelle manuali perché possono essere gestite in remoto, impostate in anticipo e richiedono un minore impegno umano, con conseguente risparmio di denaro e riduzione dei rischi. Inoltre, quando la valvola a saracinesca è completamente aperta, il suo design garantisce che il flusso del fluido non venga influenzato in modo significativo. Viene utilizzata anche nell'industria per isolare o tagliare i fluidi grazie alla sua forte capacità di fluire in entrambe le direzioni e alle sue elevate prestazioni di tenuta. Poiché la paratoia è molto affilata, la valvola a saracinesca a coltello è spesso utilizzata per fanghi e sostanze fibrose.

Come funziona una valvola a saracinesca azionata?

Il controllo automatico è possibile per le valvole a saracinesca attuate. Il meccanismo di funzionamento consente all'attuatore e alla saracinesca interna di muoversi insieme in linea retta.

Per prima cosa, dobbiamo imparare il suo funzionamento: una saracinesca cuneiforme o parallela all'interno della valvola a saracinesca sale e scende per bloccare il liquido. Quando la saracinesca è completamente aperta, il canale è completamente accessibile. Quando la saracinesca si abbassa ed entra in contatto con la sede della valvola, il canale viene chiuso.

Quando la valvola è automatizzata, l'attuatore assume il ruolo di cervello e muscolo per controllarla. L'attuatore è alimentato dalle istruzioni del sistema di controllo elettrico.

• Attuatori pneumatici: Sono alimentati da aria compressa. L'aria compressa nella camera del pistone o del diaframma dell'attuatore aumenta la pressione e muove il pistone o il diaframma. Un meccanismo di collegamento trasforma il movimento lineare in forza che muove lo stelo della valvola (collegato alla porta) verso l'alto e verso il basso. La maggior parte degli attuatori pneumatici è a semplice effetto, e ritorna in posizione di sicurezza quando l'alimentazione dell'aria viene interrotta, oppure a doppio effetto, il che significa che si muovono in entrambe le direzioni con l'aria.
• Attuatori elettrici: Gli attuatori elettrici sono azionati dall'elettricità. Un motore all'interno della pompa, assistito da un riduttore, aziona una vite o un ingranaggio a vite senza fine che trasforma la rotazione del motore in un movimento rettilineo per lo stelo della valvola. In alcuni casi, viene utilizzato un sistema di ingranaggi conici per movimentare il movimento in modo fluido all'interno della scatola degli ingranaggi dell'attuatore. La maggior parte degli attuatori elettrici utilizza interruttori di fine corsa e protezioni di coppia per evitare che superino la posizione di apertura o di chiusura e che vengano sovraccaricati.
• Attuatori idraulici: Mentre gli attuatori pneumatici ed elettrici sono più diffusi per le valvole a saracinesca, gli attuatori idraulici sono preferiti quando è necessaria una spinta o una coppia elevata per valvole grandi e ad alta pressione. Il pistone nel cilindro è azionato dalla pressione dell'olio idraulico, che fornisce al motore una spinta forte e costante.

Indipendentemente dal tipo di attuatore, l'obiettivo finale è garantire un movimento preciso e affidabile del cancello, ottenendo un controllo efficace del fluido.

Valvola a saracinesca elettrica o pneumatica o idraulica

Proprio come si scelgono i migliori pneumatici per un'auto da corsa, è necessario scegliere un attuatore che offra il giusto equilibrio tra prestazioni e costi. Ogni attuatore ha i suoi pro, i suoi contro e i suoi usi migliori.

Valvola a saracinesca ad azionamento pneumatico

Principio di funzionamento e caratteristiche:

Un attuatore pneumatico utilizza l'aria compressa per muovere un pistone o un diaframma all'interno del quale si muove lo stelo della valvola attraverso un collegamento. La rapidità di reazione è il motivo principale per cui molti sistemi di arresto di emergenza (ESD) li scelgono, in quanto possono aprirsi o chiudersi in pochi secondi. Poiché funziona con aria compressa e non con l'elettricità, è sicura per l'uso in settori infiammabili ed esplosivi, per cui non sono necessari complicati sistemi elettrici antideflagranti. Il design è semplice, il tasso di guasti è basso e mantenere il sistema aggiornato è facile.

Vantaggi dettagliati:

• Risposta rapida: Adatto per l'arresto di emergenza o per operazioni ad alta frequenza che richiedono un'apertura/chiusura rapida.
• Sicurezza elevata: Una scelta ideale per le aree pericolose con severi requisiti antideflagranti, conformi a standard come ATEX.
• Efficiente dal punto di vista dei costi: Il prezzo iniziale degli attuatori pneumatici è solitamente inferiore a quello degli attuatori elettrici dello stesso tipo.
• Modalità di guasto semplice: Quando viene a mancare l'alimentazione, molti attuatori pneumatici tornano automaticamente in una posizione di sicurezza (ad esempio, chiusa o aperta) grazie a una molla.

Limitazioni:

• Affidarsi a una fonte d'aria: È necessario un sistema di alimentazione dell'aria compressa affidabile con compressori, serbatoi di stoccaggio, filtri ed essiccatori che aumentano il costo e il consumo energetico del sistema.
• Precisione di controllo: I dispositivi pneumatici operano con una precisione inferiore rispetto agli attuatori elettrici. Gli attuatori elettrici offrono una migliore precisione per i sistemi a rotazione graduale.
• Efficienza energetica: Un sistema che prevede la produzione, la trasmissione o il trattamento dell'aria può rivelarsi più debole rispetto all'efficienza energetica complessiva dell'assistenza, grazie all'uso di attuatori elettrici.
• Impatto ambientale: L'aria espulsa può contenere piccole quantità di lubrificante o umidità, con un impatto ambientale minimo.

Applicazioni tipiche: Valvole di intercettazione di emergenza in oleodotti e gasdotti, valvole di isolamento rapido nei processi chimici, controllo dei fanghi negli impianti di trattamento delle acque reflue.

Valvola a saracinesca ad azionamento elettrico

Principio di funzionamento e caratteristiche:

Un attuatore elettrico utilizza un motore interno per azionare un riduttore che riduce la velocità e aumenta la coppia, consentendo alla rotazione del motore di muovere linearmente lo stelo della valvola. La maggior parte di essi è dotata di interruttori di fine corsa per garantire un'apertura precisa della porta e di dispositivi di protezione della coppia per evitare di sovraccaricare il motore. Gli attuatori elettrici possono essere controllati con elevata precisione e supportano diversi segnali di controllo, come i segnali analogici 4-20mA, per una regolazione precisa del flusso o della pressione. Sono particolarmente adatti al controllo e alla programmazione a distanza e possono essere facilmente utilizzati con sistemi PLC, DCS e SCADA per un'automazione avanzata.

Vantaggi dettagliati:

• Controllo ad alta precisione: Permette alla valvola di aprirsi nel modo giusto, aiutando a controllare il flusso o la pressione così come un pittore esperto gestisce i colori.
• Controllo remoto e intelligenza: Possono essere dotati di automazione avanzata e raccolta dati. Questi dispositivi sono facilmente integrabili nel sistema di controllo centrale per il monitoraggio, la diagnostica e il funzionamento a distanza.
• Efficienza energetica: Consuma meno elettricità quando non è in funzione. Meno inefficiente rispetto agli attuatori pneumatici nella trasmissione di potenza.
• Nessuna dipendenza da fonte d'aria: Poiché non sono necessarie apparecchiature aggiuntive per la sorgente d'aria, l'installazione è semplice e richiede meno infrastrutture.
• Diagnostica dei guasti: I modelli più recenti di attuatori elettrici sono solitamente dotati di funzioni quali l'autodiagnosi, che fornisce informazioni dettagliate sul funzionamento e sullo stato degli errori.

Limitazioni:

• Velocità di risposta: Gli attuatori elettrici hanno in genere tempi di risposta più lenti di quelli pneumatici e non sono adatti a situazioni di emergenza che richiedono risposte al millisecondo.
• Requisiti antideflagranti: In ambienti infiammabili ed esplosivi, sono necessari costosi attuatori elettrici antideflagranti per soddisfare gli standard di sicurezza.
• Costo: I costi di acquisto iniziali sono solitamente più elevati rispetto agli attuatori pneumatici, soprattutto quando è richiesta un'elevata precisione o un grado di protezione antideflagrante.
• Gestione termica: Il funzionamento frequente può provocare un riscaldamento del motore, che richiede una riflessione sulla dissipazione del calore.

Applicazioni tipiche:Negli impianti di trattamento delle acque si gestisce il flusso dell'acqua, le centrali elettriche controllano i percorsi dell'acqua, la lavorazione di alimenti e bevande aggiunge con precisione gli ingredienti e le linee di produzione automatizzate utilizzano valvole di isolamento remote.

Valvola a saracinesca ad azionamento idraulico

Principio di funzionamento e caratteristiche:

Gli attuatori idraulici si basano sull'olio idraulico ad alta pressione per produrre una spinta o una coppia elevata muovendo i pistoni all'interno dei cilindri. Sono i più adatti per le applicazioni che richiedono una forte spinta e un'elevata stabilità, soprattutto per l'azionamento di valvole di grandi dimensioni, ad alta pressione o per impieghi gravosi. Poiché i sistemi idraulici sono molto rigidi e resistenti agli urti, le valvole possono essere azionate in modo fluido e preciso.

Vantaggi dettagliati:

• Spinta/coppia enorme: Aziona facilmente valvole molto grandi o ad alta pressione che altri attuatori non sono in grado di gestire, come se la mano di un gigante controllasse tutto.
• Funzionamento regolare: L'incomprimibilità dell'olio idraulico garantisce un movimento fluido e senza urti della valvola con un posizionamento preciso.
• Alta affidabilità: Prestazioni stabili in condizioni difficili, meno influenzate dagli ambienti esterni e lunga durata.
• Alta densità di potenza: Fornisce una potente forza di uscita in un formato compatto.

Limitazioni:

• Complessità del sistema: Sono necessarie una centralina idraulica separata (con pompa, serbatoio, filtri e raffreddatori) e complicate tubazioni idrauliche, che rendono l'installazione e la manutenzione più complesse e costose.
• Rischio di perdita: I sistemi idraulici presentano un rischio potenziale di perdita di olio, che può causare inquinamento ambientale o rischi per la sicurezza.
• Costo di manutenzione: La sostituzione regolare dell'olio idraulico e i costi di manutenzione del sistema sono più elevati.
• Consumo energetico: La centralina idraulica consuma energia quando funziona ininterrottamente.

Applicazioni tipiche: In grandi oleodotti e gasdotti, paratoie ad alta pressione, valvole per turbine in centrali elettriche e controllo dei fluidi in macchinari pesanti.

Tabella riassuntiva di confronto:

Caratteristica	Valvola a saracinesca ad azionamento pneumatico	Valvola a saracinesca ad azionamento elettrico	Valvola a saracinesca ad azionamento idraulico
Fonte di alimentazione	Aria compressa	Elettricità	Olio idraulico
Velocità di risposta	Veloce (entro pochi secondi)	Più lento (da secondi a decine di secondi)	Moderato (funzionamento regolare in presenza di spinte elevate)
Precisione del controllo	Moderato (principalmente on/off, la modulazione richiede un posizionatore)	Alto (controllo preciso dell'apertura)	Alto (posizionamento fluido e preciso)
A prova di esplosione	Eccellente (intrinsecamente sicuro, senza certificazioni aggiuntive).	Richiede una costosa certificazione antideflagrante	Richiede una progettazione antideflagrante (stazione di controllo remota o componenti speciali)
Complessità dell'installazione	Necessita di linee di alimentazione dell'aria e di attrezzature per il trattamento	Relativamente semplice (solo cavo di alimentazione)	Il più complesso (necessita di centralina idraulica, tubazioni, gestione dei fluidi)
Costo iniziale	Relativamente più basso	Medio-Alto	Il più alto
Costo di gestione	Energia per la produzione e il trattamento dell'aria	Inferiore (consuma energia solo durante il funzionamento)	Sostituzione dell'olio idraulico, funzionamento della pompa, manutenzione regolare
Coppia/spinta	Moderato (limitato dalla pressione dell'aria)	Moderato (limitato dalla potenza del motore)	Enorme (adatto per valvole di grande diametro e alta pressione)
Applicazioni	Spegnimento di emergenza, aree pericolose, alimentazione d'aria disponibile, accensione/spegnimento frequente	Regolazione precisa, controllo remoto, assenza di alimentazione d'aria, feedback dei dati, integrazione di automazione complessa	Foratura grande, alta pressione, servizio pesante, necessità di alta rigidità e resistenza agli urti

Come fanno le valvole a saracinesca azionate a ottenere il controllo automatico?

I sistemi di automazione industriale oggi sono centri nevralgici avanzati e le valvole a saracinesca attuate sono le loro parti finali di lavoro. Ad esse vengono inviati diversi segnali di controllo per garantire che si aprano, si chiudano o si regolino correttamente. Questi segnali possono essere di tipo on/off o segnali analogici più avanzati (come 4-20mA o 0-10V) per controllare le valvole in proporzione al segnale. Possono anche inviare e ricevere segnali digitali (Modbus, Profibus, Ethernet/IP) con PLC, DCS o sistemi SCADA di livello superiore.

La perfetta integrazione delle valvole a saracinesca attuate con questi sistemi di automazione è fondamentale per una produzione efficiente. Attraverso i PLC/DCS, gli operatori possono monitorare a distanza lo stato delle valvole, impartire comandi di funzionamento da una sala di controllo e persino impostare complessi programmi di controllo logico per interbloccare o sequenziare le operazioni delle valvole. I sistemi SCADA forniscono una visione completa, visualizzando i dati delle valvole sull'intera linea di produzione per migliorare la gestione e il processo decisionale.

Grazie all'Industrial Internet of Things (IIoT), le valvole a saracinesca attuate sono ora più intelligenti. Possono aggiungere sensori che raccolgono dati sui cicli della macchina, sulla posizione della corsa, sulla temperatura e sulle vibrazioni, inviando poi queste informazioni al cloud per l'analisi. In questo modo, è possibile effettuare una manutenzione predittiva che consente di pianificare le riparazioni prima di qualsiasi guasto della valvola, riducendo notevolmente i tempi di fermo imprevisti e le spese di riparazione. Ad esempio, se la corrente o la coppia di un attuatore cambiano, potrebbe significare che la valvola è bloccata, proprio come un elettrocardiogramma può rivelare a un medico problemi cardiaci.

Un posizionatore è necessario anche per un controllo accurato del movimento delle valvole a saracinesca azionate. Il posizionatore riceve i comandi analogici e utilizza il feedback per controllare l'attuatore in modo che la valvola si apra al livello corretto. I finecorsa, le elettrovalvole e i filtri sono altri accessori che contribuiscono a rendere le valvole a saracinesca azionate più precise, affidabili e sicure.

Selezione della valvola a saracinesca attuata ideale per il sistema di automazione

La scelta della valvola a saracinesca attuata più adatta a un sistema di automazione non è così semplice. Si tratta piuttosto di prendere decisioni ingegneristiche precise, poiché ogni fase può influenzare le prestazioni, la sicurezza e i costi del sistema.

1. Le caratteristiche medie sono primarie: Identificare chiaramente il fluido che attraversa la valvola. Si tratta di acqua, vapore, acidi/basi corrosivi, fanghi abrasivi o gas infiammabili/esplosivi? La corrosività, l'abrasività, la temperatura, la pressione (spesso misurata in psig), la viscosità e la presenza di particolato determinano direttamente la scelta del corpo valvola e dei materiali di tenuta. Ad esempio, l'industria della desalinizzazione richiede materiali altamente resistenti alla corrosione, mentre la lavorazione degli alimenti richiede standard igienici rigorosi.
2. Condizioni operative e parametri di prestazione: La durata e l'affidabilità del funzionamento della valvola dipendono dalla pressione/temperatura di esercizio normale, dalla pressione/temperatura massima/minima e dalla temperatura ambiente. Nelle aree pericolose è sempre richiesta la classificazione antideflagrante.
3. Dimensioni e tipo di connessione: Selezionare la dimensione della valvola (DN/NPS) e il grado di pressione (PN/Classe) appropriati in base al diametro della tubazione e alla pressione del sistema. I tipi di connessione più comuni includono connessioni flangiate, filettate e saldate, che devono essere compatibili con i sistemi di tubazioni esistenti.
4. Corpo valvola e materiali di tenuta: La scelta del materiale del corpo valvola (ad esempio, ghisa, acciaio al carbonio, acciaio inox, leghe speciali) e dei componenti di tenuta (tenuta morbida, tenuta rigida) è fondamentale.
5. Selezione dell'attuatore: Scegliete l'attuatore elettrico, pneumatico o idraulico più adatto alle vostre esigenze in termini di disponibilità della fonte di alimentazione/aria, frequenza di funzionamento, coppia richiesta, velocità di risposta e precisione di controllo.
6. Certificazioni e standard: Verificare che la valvola scelta sia in linea con i principali standard internazionali e industriali, ad esempio API, ISO, ASME, CE, RoHS, SIL, FDA e così via. Essi garantiscono che i prodotti siano sicuri e di buona qualità.
7. Analisi costi-benefici: Oltre al costo di acquisto iniziale, è bene considerare i costi di esercizio e manutenzione a lungo termine, il consumo energetico e la disponibilità dei ricambi. È un po' come dire "chi fa il furbo fa il cretino": concentrarsi solo sul prezzo iniziale può portare a costi di manutenzione elevati in futuro.

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Installazione, manutenzione e risoluzione dei problemi

Una macchina può raggiungere il suo massimo potenziale solo se viene installata correttamente e sottoposta a un'accurata manutenzione. Anche le valvole a saracinesca azionate sono interessate da questo problema. Se non si seguono questi passaggi, è come guidare un'auto senza mai controllarla: alla lunga smetterà di funzionare.

Installazione e messa in servizio

1. La sicurezza prima di tutto: Prima dell'installazione, scaricare sempre la pressione del fluido dalla tubazione e assicurarsi che non rimangano residui nel tubo. Indossare i necessari dispositivi di protezione personale.
2. Preparazione delle condotte: Assicurarsi che le estremità delle tubazioni siano allineate, pulite e prive di detriti o bave. Per le connessioni flangiate, i bulloni devono essere serrati uniformemente in modo incrociato per evitare che le sollecitazioni non uniformi provochino perdite.
3. Installazione dell'attuatore: Seguire scrupolosamente le istruzioni del produttore per l'installazione dell'attuatore, assicurando un collegamento sicuro e affidabile allo stelo della valvola. Applicare la necessaria impermeabilizzazione e protezione dalla polvere.
4. Collegamenti elettrici/pneumatici: Collegare correttamente le linee di alimentazione, le linee di controllo o le linee di alimentazione dell'aria, assicurandosi che non vi siano fili danneggiati o giunti che perdono.
5. Messa in servizio e calibrazione: Questa è una fase critica. Impostare i finecorsa dell'attuatore per garantire che la valvola si arresti con precisione in posizione completamente aperta e completamente chiusa. Per le valvole modulanti, calibrare il posizionatore in modo che risponda con precisione ai segnali di controllo, ottenendo la regolazione della portata o della pressione desiderata.

Manutenzione ordinaria

• Ispezioni regolari: Controllare periodicamente l'esterno della valvola e dell'attuatore per verificare che non vi siano segni di corrosione, usura o perdite. Ascoltare eventuali rumori o vibrazioni insolite provenienti dall'attuatore.
• Lubrificazione: Secondo le raccomandazioni del produttore, lubrificare regolarmente le parti in movimento, come lo stelo della valvola e gli ingranaggi dell'attuatore, per ridurre l'attrito e prolungare la durata.
• Controlli dei dispositivi di fissaggio: Controllare periodicamente che tutti i bulloni e i dadi non siano allentati e serrarli tempestivamente.
• Pulizia: Mantenere pulite le superfici della valvola e dell'attuatore, evitando l'accumulo di polvere e sporcizia che potrebbe compromettere la dissipazione del calore o corrodere i componenti.

Guasti comuni e risoluzione dei problemi

Nel funzionamento quotidiano delle valvole a saracinesca azionate, possono verificarsi alcuni guasti comuni. La comprensione delle cause e dei rimedi per questi problemi aiuta a ripristinare rapidamente il funzionamento del sistema.

• La valvola non funziona: Il problema potrebbe derivare da un'interruzione dell'alimentazione elettrica o dell'aria, dalla perdita del segnale di controllo, da un guasto dell'attuatore interno o da un'ostruzione dovuta a oggetti estranei o alla corrosione. Durante questa procedura, accertarsi che l'alimentazione/aria sia funzionante. Se le linee di controllo sono collegate, controllarle. Esaminare l'attuatore per verificare che non vi siano danni evidenti e quindi ispezionare la valvola dall'interno per individuare eventuali incastri.
• Perdita della valvola: I problemi di tenuta sono spesso dovuti a parti di tenuta vecchie e usurate, superfici graffiate e bulloni allentati. Questo problema può essere risolto sostituendo le vecchie parti di tenuta e rimuovendo i danni sulle guarnizioni, quindi serrando tutti i bulloni e confermando che la pressione della tubazione è normale.
• Funzionamento lento o incompleto: Questi problemi possono derivare da una pressione dell'aria insufficiente, da una tensione di alimentazione instabile, da un guasto meccanico dell'attuatore (ad esempio l'usura) o da un attrito eccessivo all'interno della valvola. Per risolvere il problema, verificare che la pressione dell'aria o la tensione di alimentazione siano conformi alle specifiche, controllare l'eventuale presenza di usura anomala all'interno dell'attuatore e lubrificare correttamente le parti in movimento, come lo stelo della valvola.
• Rumore anomalo o surriscaldamento dell'attuatore: Se la macchina emette strani rumori o si scalda troppo, ciò può essere dovuto a ingranaggi o cuscinetti usurati, a una lubrificazione insufficiente o a una coppia della valvola superiore a quella che l'attuatore può gestire. Controllare l'interno della valvola, aggiungere o sostituire l'olio lubrificante e verificare che la valvola possa essere aperta o chiusa con la potenza dell'attuatore.

Conclusione: Valvole a saracinesca azionate - La pietra miliare e la tendenza futura dell'automazione industriale

Nel settore in rapida evoluzione dell'automazione industriale, le valvole a saracinesca azionate sono necessarie per la movimentazione dei fluidi. Essendo efficienti, precise, affidabili e sicure, aiutano vari settori industriali come quello petrolchimico, del trattamento delle acque, della lavorazione degli alimenti, minerario e metallurgico a funzionare senza problemi. Grazie alle valvole a saracinesca attuate, la produzione è più efficiente, i costi di manodopera sono inferiori, i rischi sono ridotti e i processi industriali sono ora gestiti con una tecnologia più avanzata.

In futuro, le valvole a saracinesca attuate saranno più intelligenti, più ecologiche e più personalizzabili. Grazie all'IoT, all'intelligenza artificiale e ai big data, le valvole del futuro saranno in grado di rilevare i problemi, prevedere quando è necessaria la manutenzione e modificare le loro azioni di conseguenza. Non si limiteranno ad accendersi e spegnersi, ma comunicheranno con tutte le parti della fabbrica intelligente. Allo stesso tempo, la spinta verso la produzione ecologica e la conservazione dell'energia porterà l'industria delle valvole a utilizzare materiali più sicuri e sistemi di azionamento ad alta efficienza energetica.

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