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Eficiencia Energética en la Industria
Variadores de Velocidad
Ponente : Francisco Venero
francisco.venero@schneider-electric.com
Departamento Drives
Fecha : 09 Noviembre 2016
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Indice
Introducción general
Soluciones y Aplicaciones
Productos
Schneider Electric 3 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Consumo de la Energía
Repartición del uso de la Energía en el Mundo :
principal consumo de la energía es para calefacción, refrigeración, motores, iluminación,
27% Transportes
38%
Industria
& Infraestructuras
15% Residencial
18% Edificios
<2% Centro de Datos &
Redes
Schneider Electric 4 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Consumo de motores en el mundo.
85% de los motores son
Bombas, Ventiladores, Compresores
● Edificio, consumo de motores
30% de electricidad
● Indu&Infr, consumo de motores
60% de electricidad
28% de la energía consumida en todo el
Mundo motores
Schneider Electric 5 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Eficiencia Energética en Motores Costes Globales del Motor
Factura Eléctrica = costes Motor x 100
Energía
97%
Inversión : 1%
Instalación
& Mantenimiento : 2%
Costes globales durante la vida del Motor (media 15 años)
• A dónde va su dinero?
Gran Motor:
Factura eléctrica de 1 Mes = Coste Motor
Más allá de la inversión, el punto clave es asegurar un control eficiente del motor
Schneider Electric 6 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Cómo se pierde su dinero ?
● ejemplo en un Coche :
…intente regular la velocidad de su coche
● manteniendo un pie en el acelerador
● el otro en el freno.
● ejemplo en una Bomba :
… intente ajustar la salida de una bomba
● haciendo funcionar el motor a velocidad nominal
● controlando el flujo con una Válvula
Freno
todavía uno de los métodos de control más habituales en la industria
….. con una considerable pérdida de energía
Eficiencia Energética en Motores Pérdidas de Energía
Schneider Electric 7 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Como optimizar su instalación
● Usar Variador para controlar
el motor
Ahorro de hasta 10%
Ahorro de hasta 50%
● Usar motor de alto rendimiento
Schneider Electric 8 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Tipos de motores en función de su eficiencia
Nivel de eficiencia Antigua normativa
IEC/EN 60034-2
Nueva normativa
IEC 60034-30
Super Premium - IE4
Premium - IE3
Alta EFF1 IE2
Estándar EFF2 IE1
Baja EFF3 -
● El objetivo de la directiva es prohibir la introducción de motores no eficientes en el mercado Europeo.
● Esto reducirá el consumo de eléctricidad y por tanto los costes de energía y las emisiones de CO2.
● Nueva Directiva Europea de motores BT (IEC 60034-30):
Nueva Directiva Europea de motores BT
Schneider Electric 9 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Nueva Directiva Europea de motores BT
● Fase 1 (Desde 16 de junio, 2011):
● Fase 2 (Desde 1 de Enero, 2015):
● Fase 3 (Desde 1 de Enero, 2017):
IE2 (Alto rendimiento)
IE3 (Rendimiento Premium)
IE2 + VSD (Alto rendimiento)
Potencias entre
7,5 y 375 kW
IE3 (Rendimiento Premium)
IE2 + VSD (Alto rendimiento)
Potencias entre
0,75 y 375 kW
● Fases de implementación
Schneider Electric 10 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Sistemas tradicionales de control de caudal
y desventajas
Métodos convencionales del control de caudal en instalaciones:
• Cortinas guiadas en la entrada de la ventilación.
• Damper en la salida.
• Damper tipo « By-Pass ».
• Válvula de estrangulación.
Desventajas de usar estos sistemas de control de caudal:
• Pérdidas térmicas.
• Pérdidas por fricción.
• Mayor mantenimiento de las instalaciones.
• Muy bajo rendimiento.
• Muy bajo Factor de Potencia eléctrico.
Schneider Electric 11 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
●…contribuir a reducir emisiones C02.
●…reduce su factura de energía
●…optimizar su inversión
●Actor contra el Calentamiento Global
●Ahorrar dinero
● Incrementar productividad
●Reducir coste mantenimiento
●Mejorar procesos productivos
…. ¿Como pueden ayudar los Variadores de Velocidad?
Schneider Electric 12 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Los ahorros energéticos están en el proceso, el VSD permite beneficiarnos a través de la
regulación de velocidad del sistema.
Bomba
Rendimiento 85%
Motor
Rendimiento 96% Válvula
Rendimiento 74%
Bomba
Rendimiento 85%
Motor
Rendimiento 96%
ATV
Rendimiento 98%
100% - 75% = 25% Ahorro
En que se basa el principio básico
Schneider Electric 13 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
En que se basa el principio básico
Flujo
Potencia ● Control con Válvula :
●Motor siempre trabaja a máxima velocidad
●Solo pérdidas mecánicas son reducidas
● Control con Variador:
●Velocidad es reducida,
●Consumo energía es proporcional al cubo de
la Velocidad.
●Una reducción de velocidad del 20%
representa un ahorro de energía del 50%
95%
Schneider Electric 14 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Altura (m)
Caudal (m3/h)
Curva característica de la
bomba
Curva de carga
del sistema
Q
H
Curva del sistema
La válvula se cierra un 20% Presión antes de la
válvula
Presión después de la
válvula
Q1
Válvula cerrándose
H1
Como funciona el sistema sin VVD
Schneider Electric 15 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Altura (m)
Caudal (m3/h)
Curva característica de la
bomba
Curva de carga
del sistema
Q
H
Curva del sistema
La válvula se cierra un 20%
Presión antes de la
válvula
Presión después de la
válvula
Q1
Válvula cerrándose
Q2
Curva del sistema
La válvula se cierra un 50%
H2
H1
Como funciona el sistema sin VVD
Schneider Electric 16 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Altura (m)
Caudal (m3/h)
Curva característica de la
bomba
Curva de carga
del sistema
H
Curva característica de la
bomba al 80% de su velocidad
nominal
Q1 Q
Reducción de la velocidad
H1’
Como funciona el VVD
Schneider Electric 17 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Altura (m)
Caudal (m3/h)
Curva característica de la
bomba 100%
Curva de carga
del sistema
H Curva característica de la
bomba al 80% de su
velocidad nominal
Q1 Q
Reducción de la velocidad
H1’
Curva característica de la bomba al
50% de su velocidad nominal H2’
Q2
Como funciona el VVD
Schneider Electric 18 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Head (m)
Flow (m3/h)Q
H
Q2
H2’
H2
●Regulación con válvula
● La bomba entrega H2 x Q2
● Pérdidas en la válvula (H2-H2’) x Q2
● La red consume H2 x Q2
●Regulación con VVD
● La bomba entrega H2’ x Q2
● La red consume H2’ x Q2
Comparando los dos sistemas
Altura (m)
Caudal (m3/h)
Consumo H2 x Q2 >> Consumo H2’ x Q2
19
¿Que le puede ofrecer Schneider Electric ?
Amplio rango de:
Aplicaciones y
Soluciones
Productos
20
¿Que le puede ofrecer Schneider Electric ?
Amplio rango de:
Aplicaciones y
Soluciones
21 Confidential Property of Schneider Electric
Aplicaciones en AGUA
Water &
waste water
Aplicación
Estación de Bombeo
Pozo
Bombas de Traída
Tornillo de Arquímedes
Dosificación
Otros usos
Control de olores
Aireación
Compresión de gas
Transporte de lodos
Decantadora (centrífuga)
24 Confidential Property of Schneider Electric
Trituradora Centrífugadora
Mezclador
Transportador
Bombas
Food &
Beverage
Aplicaciones en ALIMENTACIÓN
Aplicación
Cinta transportadora
Trituradora
Mezcladora
Bombas de agua
Centrifugadora
Secador giratorio
Soplante/Ventilador
de secado
25 Confidential Property of Schneider Electric
Trituradora
Molinos
Pila de mineral
Hydro Metalurgia
Transportador
Almacenamiento y carga
Aplicaciones en MINERÍA
MMM
Extracción del mineral
26 Confidential Property of Schneider Electric
Aplicaciones en MINERÍA
Aplicación
Transportador de larga distancia (carga severa)
Rueda de cangilones (Excavadora)
Elevación
Trituradora / Machacadora
Molinos trituradores: de bolas, SAG , AG…
(semi/autógenos)
Flotación y Espesamiento
Separadores de espiral y magnéticos
Extracción de agua y filtración
Bombas de pozo
Recuperadores y Apiladores (cintas)
Cargadores a transporte
Maquinaria móvil
Plataformas vibradoras (vibrofeeders)
27 Confidential Property of Schneider Electric
Molino de cemento
Trituradora Horno
Molino de crudo
Transportador Ventiladores
Mezclador Almacenamiento y carga
Aplicaciones en MINERÍA
Tratamiento minerales-cemento MMM
28 Confidential Property of Schneider Electric
Aplicaciones en MINERÍA
Tratamiento minerales-cemento
Aplicación
Trituradora / Machacadora
Cinta transportadora
Molinos
Ventilador de tiro inducido (Preheater Fan)
Ventilador de horno de gas
Ventilador de refrigeración (Cooler Exhaust Fan)
Horno principal
Molino vertical de rodillos (separador, VRM)
Bomba de agua
29 Schneider Electric - Drives-Skill development - B Jacqz - March 2014
Period April - February
2007- 2008
Without VSD
2008 - 2009
With
VSD Saving
Electric Consumption 277 MWh 106 MWh 61,7%
Schneider Solutions Example : Schneider Electric Grenoble (F) : Primary Pumps on Heating
● Services actions
● Installation of Variable Speed Drives on primary pumps of
the installation of heating
● Two Altivar 15 kW installed on the 2 primary pumps which
provide the heating of buildings T1, T2 and T7 on Grenoble
plant
● Project in collaboration with Dalkia
● Benefits :
Schneider Electric 30 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
● Objetivo reducir niveles CO²
● Proyecto & Servicio
● Registrar y analizar consumo
● Instalar Variadores de velocidad
● Confirmación del Ahorro final
● Beneficio obtenido por Tarmac:
SIN
VSD
CON
VSD
Ahorro
Power/ motor (media) 104 kW 40 kW
62% CO2 relación por año 459 T 175,5 T
Coste total anual 34,9 k£ 13,3 k£
Periodo Amortización 10 meses
Ventilación túnel en Tarmac (UK)
Schneider Electric 31 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Spain – ATV630 – Pumping
Customer Challenge: It is a big investment Project in order to get energy savings about more than 200 ornamental fountains in Madrid city, at the same time to reduce
drastically OPEX expenditures.
Whichever Project, the end user is strongly interested in order to increase the ROI, but only through of a fine specification can achieve it.
In this case, UTE LUZ MADRID OESTE company has a role of installer and maintainer at the same time, because this company will assume all OPEX
expenditures of this project for 8 years
Solution: implementation of the "ATV Process" on-site sources madrid city in order to reduce
Opex costs> 8%, and Capex> 10%, plus 20% decrease in the risk of downtime for maintenance.
Keys to success with this project • Maximum optimization in outdoor environments,
Altivar Process work until 60ºC (derating)
and very well adapted to hard environments (3C3 and 3S3).
•A great WEB Server
Remote monitoring by Ethernet or wirelessly through a web server
•Hydraulic Curve, more performance
the first speed drive launched to the market which allow
to introduce the pump hydraulic curve and to display
on HMI drive in real time the BEP (Best Efficiency Point)
Fuentes ornamentales de Madrid
60ºC
Schneider Electric 32 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
¿Que le puede ofrecer Schneider Electric ?
Amplio rango de:
Productos
Schneider Electric 33 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Gama Variación Velocidad (BT/MT)
desde Compactos y en Armario IP23/54
●El rango de los equipos en BT permite alcanzar hasta 2.400kW y en MT hasta los 12.000kW
Schneider Electric 34 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Gama Variación Schneider Electric - 2016
Page 34 Confidential Property of Schneider Electric |
ATV61* & ATV71*
ATV312* & ATV32*
Schneider Electric 35 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Variador Orientado a Servicios del Proceso
Nuevo lanzamiento
Altivar Process
Simplemente “más que un producto”
Schneider Electric 36 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
ATV660 Variadores en Armario
400V
Altivar Process
0,75 5,5 11 22 45 90 110 160 315 500 800 1500 kW
ATV630-ATV650 de Montaje en Pared 230V/400V
ATV630F-ATV650F
Armario completo
400V
ATV680 “Low Harmonic”
Variadores en Armario
400V
ATV660
(sólo 690V )
ATV680
(sólo 690V)
IP21, IP23,
IP54, IP55 Rangos de potencia
Schneider Electric 37 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
10 años de vida • Aplicaciones estándar Pn (Sobrecarga de 110%)
• Aplicaciones alto par Pn-1 (Sobrecarga de 150%)
• Motor de Inducción y de Imanes permanentes
Consola remota (HMI):
• Muchos idiomas (más de 20)
• Personalizable (unidades,…)
• Visualización Consumo/hidráulica (bomba)
• Control Tendencias y derivas en la bomba
• Funciones dedicadas
• HMI extraíble con RTC, kit de fácil montaje
(agujero Diam22), en caso de fallo activación
fondo pantalla en rojo
Emisiones Conducidas IEC/EN 61800-3
• Hasta 45kW 400v C2 50m C3 150m
• Por Encima 45kW C3 150m
IEC61000-3-12 cumplimiento:
• Rango THDi 48% desde el 100% hasta el 80%
de la carga nominal del motor
Ambiente adverso:
• Químico 3C3
• - H2S, Ozone, SO2
• - Niebla salina
• Mecánico 3S3
• - Grado de contaminación 3
• - Placas barnizadas
Altitud:
• hasta 4800m dentro de las condiciones definidas
Altivar Process
Temperatura de operación:
• -15°C hasta +50°C sin declasificación
• Hasta +60°C con declasificación
Integrado bus de campo:
• Ethernet Modbus TCP
• Modbus
Opciones de Fieldbus:
• Ethernet IP/Modbus TCP (dual port)
• DeviceNet
• CANopen
• Profibus y ProfiNet
2 ranuras para opciones “SHI “ :
• Fieldbus
• Digital & Analog E/S
• Relés (3)
Características
Schneider Electric 38 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Fuera de la Planta
Uso de la gestión de red
Dentro de la Planta
rôqe Conectado por Cable
…
Inalámbrico
Centro de Operaciones
Phone line
Ethernet Integrado : Acceso sencillo a datos y transferencia masiva de datos
Siempre conectado … “Internet de las cosas”
En cualquier lugar, en cualquier momento
Schneider Electric 39 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Interface Variador & Usuario (HMIs)
HMI del variador
Herramienta industrial Integrada
(Parte frontal del armario)
Visualizador de Código QR
Dinámico
Almacenamiento de datos masivo
del variador (formato CSV)
DTM - So Move 2.0
Integración en Soluciones SE
Herramienta de ingeniería para
el diseño y el mantenimiento
Acceso completo a los datos
del variador
Altivar Process Webserver
100% estándar (0 software – 0 versiones)
HMI Online, focalizado en facilitar la explotación y
mantenimiento
Movilidad
Schneider Electric 40 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Kit de montaje en puerta:
- Fijación simple del armario con agujero de 22 mm
- Adaptador RJ45/RJ45 para conexión estándar con el
variador
Pantalla con IP65 de serie / tipo 12
IP65/Tipo 12 Integrado
- Rueda táctil capacitiva
Funciones de almacenamiento masivo
-Mini USB para intercambio de archivos con el ordenador
- Capacidad de almacenar 4 configuraciones
- Archivos de registros de datos
Mejoras - Información y funciones personalizadas
- Reloj en tiempo real
- Gráficos
- Visualizador de código QR dinámico
- Luz Roja de aviso
Schneider Electric 41 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
QR código 2 doc:
-Acceso contextual a documentación técnica avanzada
Solución de Problemas
Configuración de las funciones
- Lector de código estándar QR
- Con las mismas ventajas de alta resolución y pantalla de
color de un smart phone
Acceso directo con código QR Dinámico
jsmith
John.smith@schneider-...
“QR código 2 caso”: Link directo al centro de
Atención al Cliente
- Creación automática de solicitud de soporte técnico
-Información a enviar número de serie y referencia del variador
- Contacto Directo con el CAC
Schneider Electric 42 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Permite Optimización de su instalación: Tablero de visualización de Energía y Proceso
Flexibilidad:Página de Inicio Configurable;Personalización de interfaz de usuario;Gestión de perfiles de usuario
Webserver
Schneider Electric 43 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Curvas de la Bomba integradas => Optimización del Proceso;
Trabaja Próximo al punto BEP (Best Efficient Point) Fácil de configurar (5 puntos de la curva) para la visualización gráfica del punto de operación
y el punto de Mejor Eficiencia
Control de la Bomba
Cuadros de mando de la Bomba => Gestión del Proceso
Valores claves de la bomba, Eficiencia, KPI del proceso, volúmenes acumulados
Schneider Electric 44 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
BEP Área
Flujo
bajo
Área final de
curva
Flujo
Altura manométrica
Rango de
operación
Funciones de protección del bombeo:
● Protección del sensor térmico
● Cavitación Preventiva de la Bomba
● Protección de Bajo Caudal
● Protección de Alto Flujo
● Protección Presión de Entrada
● Protección Presión de Salida
● Final de Curva
● Reducción de potencia con la temperatura
Protección de su Bomba
Isolating Valve
Flow Sensor
Flow Switch
Pressure Sensor
High Pressure switch
Low Pressure switch
Low flow protection
Flow Sensor
Flow Switch
Pressure Sensor
High Pressure switch
Low Pressure switch
Pump 2
No Return
& Isolating
Valve
Schneider Electric 45 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
¿Qué aporta Altivar Process?
En el coste total de la Propiedad
Gestión
Energía
Prestaciones
Proceso
Gestión
Activos
Reducción costes energéticos
• Medidor de potencia <5%
• Lecturas de energía • Detección derivas de la bomba
• Función “Stop & Go”
Reducción costes mantenimi.
• Altas protecciones
• Mantenimientos predictivos • Ambientes severos
• Diseño pensado Servicios
Reducción costes en paradas
• Código dinámico QR • Acceso histórico mantenimiento
• Potente Web Server • Robusto a condici. ambientales
• Reemplazamiento rápido
Reducción en la Explotación
• Captura de datos
• Orientado a objetos
• Ethernet de serie
• Mejores prestaciones control • Control motor mas robusto
• Más robusto a las perturbaciones de red
• Doble puerto Ethernet
Reducción de costes en la instalación &
Puesta en marcha
• Muy fácil de conectar
Reducción costes ambientales
• Certificado Green Premium
Reducción en costes fijos indirectos
• Muy compacto
• Montaje fácil en pared
Coste inicial en la inversión
Coste inicial
Reducción costes en diseño
• Optimizado diseño en refrigeración
• Abierto a cualquier arquitectura
de proceso
Reducción costes en ingeniería
• Fácil cableado
• Bloques de función • Funciones de aplicación
• Funciones de seguridad
Reducción costes Instalación & Puesta en
marcha
• Herramientas sencillas de uso
• Fácil conexionado
• Uso de tecnología FDT/DTM Servicios Schneider Electric
Drives con un
Alto Valor Añadido
Schneider Electric Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Software de configuración
SOMOVE 2.1
Schneider Electric Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
SoMove – Software para VSD
El SoMove® es un software de puesta en marcha de fácil manejo para PC, destinado a la
instalación de los diferentes dispositivos de control motor de Schneider Electric.
Dispositivos DTM
Variadores de velocidad: ATV 12/ 312/ 32/ 61/ 71/Altivar Process.
Arrancadores progresivos: ATS 22 / 48.
Arrancadores –controladores: TeSys U,
Sistemas de gestión de motores: TeSys T,
Servodrivers: Lexium 32 y 28
El software SoMove integra funcionalidades destinadas a las diferentes fases de
desarrollo de una aplicación, la configuración, puesta en marcha y el
mantenimiento.
Link: http://www.schneider-electric.com/en/product-range-download/2714-somove
Schneider Electric Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Mantenimiento
● Comparar la configuración del dispositivo conectado con la
guardada en el PC,
● Transferir una configuración a un dispositivo,
● Registrar los fallos.
Puesta en marcha
● Transferir la configuración al dispositivo,
● Osciloscopio, la visualización de parámetros.
● Control del variador con el panel de control,
● Guardar la configuración final.
Configuración
● Ajuste de parámetros en modo online.
● Configuración de los parámetros en modo
desconexión.
● Guardar Configuración.
● Imprimir la configuración.
● Exportar configuración
SoMove®
SoMove – Software para VSD
Schneider Electric 49 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Página WEB dedicada
> Drives landing page
http://www2.schneider-electric.com/sites/corporate/en/products-services/product-launch/drives/altivar-speed-drives.page
Schneider Electric 50 Industry - Drives – Francisco Venero & Adrián Iglesias – Jornadas EE - Mayo 2015
Conclusiones El uso del variador parece imprescindible !
Variadores
…….que podría cambiar !
● Ahorro en consumo de hasta -50%
● Menos pérdidas mecánicas , evitar estrés, ruidos y vibraciones
Cambiar el modo de control de los Motores
Electromecánico
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