problemas destilacion fraccionada mccabe thiele

5/21/2018 Problemas Destilacion Fraccionada Mccabe Thiele

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PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE MASA II

DESTILACIN FRACCIONADA BINARIA MTODO Mc CABE THIELE

I.- PROBLEMAS DE LA HOJA

01.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una mezcla que contiene 40

moles % de benceno y 60 moles % de tolueno, a una atmsfera de

resin, ara obtener un roducto destilado con una ureza de

!" moles % de benceno y un roducto de fondos con !6 moles % de

tolueno.

#a columna de destilacin estar$ roista de un recalentador y

de un condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o ensu unto de burbu&a.

'eterminar(

a) #os flu&os de los roductos destilado y de fondos.

b) *l orcenta&e de benceno recuerado.

c) *l n+mero mnimo de etaas ideales.

d) Si la mezcla se suministra a la columna de destilacin a una

temeratura de 100 y ara una relacin de reflu&o iual a 1."

mndeterminar(

d1) #os flu&os de lquido y aor tanto or encima como or

deba&o del lato de cara.

d) #a relacin de reflu&o mnimo.

d) *l n+mero de latos ideales requeridos y la osicin tima

del lato de cara, ara efectuar la searacin deseada.

d4) *l n+mero de latos reales si la eficiencia lobal de la

columna es del "" %.

d") #a cantidad de calor a retirar en el condensador 23c).

d6) #a cantidad de calor que se debe suministrar en el

recalentador 23).

d) #a cantidad de aua de refrieracin a utilizar en el

condensador, si 5sta inresa a una temeratura de " y sale a

una temeratura de " .

d) #a cantidad de aor de aua a 40 78/mque se requiere en

el recalentador.

e) eetir los mismos c$lculos en el inciso 2d) cuando la

alimentacin se introduce a la columna de destilacin(

e1) *n su unto de burbu&a

e) *n su unto de roco.

e) 9 una temeratura de " .


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0.- Se dise:ar$ una columna de destilacin ara searar

metanol y aua continuamente, a la resin atmosf5rica.

Se alimentar$n 100 moles/se de una solucin que contiene 40

moles % de metanol y 60 moles % de aua, cuya condicin t5rmica

es la de lquido saturado.

a) #a alimentacin se introduce or la osicin tima del

lato de cara, obteni5ndose un roducto destilado con unaureza de ! moles % de y recuerando el !" % del metanol

carado a la columna.

*l reflu&o es un lquido saturado y se emlea una relacin de

reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o a la que le

corresonde un n+mero infinito de etaas.

9sumiendo flu&os molares constantes, determinar el n+mero de

etaas ideales requeridas.

b) ;na alternatia al caso anterior consiste en utilizar unacolumna ya e


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04.- Se caran a una columna de destilacin, la cual oera a la

resin atmosf5rica, 100 moles/hr de una mezcla que contiene "

moles % del comonente 9 y 6" moles % del comonente A.

#a columna est$ roista de un recalentador y de un condensador

total, retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de

burbu&a.

Bara las condiciones en que oera la columna, las lneas de

oeracin tienen la siuiente e


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tima, ba&o estas condiciones determine la comosicin de los

roductos que ueden obtenerse.

'atos de equilibrio(


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0.- ;na columna de fraccionamiento que oera a 1 atmsfera de

resin, recibe una mezcla de 100 moles lb/hr de una corriente

cuya condicin t5rmica es " moles % de aor saturado y "

moles % de lquido saturado. *sta mezcla tiene una comosicin

total de 40 moles % de etanol y 60 moles % de aua y se

alimenta or la osicin tima.

*l roducto de toe de&a el condensador como lquido saturado

que contiene 0 moles % de etanol y el roducto de fondostambi5n es un lquido saturado que contiene " moles % de

etanol.

#a columna oera con flu&os molares constantes y con una

relacin de reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o

mnimo, calcular(

a) #os flu&os de aor y lquido en cada una de las secciones

de la columna.

b) #as caras de calor en el condensador y en el recalentador.

c) *l n+mero de etaas ideales requeridas.

0.- ;na solucin acuosa que contiene 0 mol % de etanol,

disonible a 60 G, se debe searar en una columna de

destilacin fraccionada que oera a 1 atm de resin= ara

roducir un destilado de comosicin 0 % molar de etanol y un

residuo de comosicin % molar de etanol.

Se disone de una columna de destilacin equialente a latos

tericos, encontrar la relacin de reflu&o que debe emlearse.

0!.- ;na mezcla de tetracloruro de carbono y disulfuro de

carbono, conteniendo "0 % en eso de cada uno, ser$ fraccionada

en forma continua a la resin atmosf5rica con un r5imen de

4000 lb/hr.

Se utilizar$ un condensador total y el roducto destilado

contiene !" % en eso de disulfuro de carbono, mientras que el

residuo contiene 0." % en eso.

Si la alimentacin estar$ aorizada en un 0 % antes de

inresar a la columna, determinar(

a) *l n+mero mnimo de etaas ideales, r$fica y

analticamente.

b) *l n+mero necesario de etaas ideales ara una relacin de

reflu&o iual al doble de la mnima.

10.- Se alimenta en forma continua una mezcla de aua e

isoroanol, que contiene 10 moles % de isoroanol, a unacolumna que oera a la resin atmosf5rica= ara roducir un


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destilado que contiene 6." moles % de isoroanol.

#a cara se introduce a la columna en su unto de ebullicin y

debe recuerarse el !6 % del isoroanol que inresa &unto con

la alimentacin.

a) Si se utiliza una relacin de reflu&o iual a 1." eces la

mnima, determine la comosicin del roducto de fondos y el

n+mero de etaas ideales requeridas.b) Si en luar de utilizar un recalentador, se introduce aor

saturado a la resin atmosf5rica directamente or el fondo de

la columna, determine la comosicin del roducto de fondos y

el n+mero de etaas ideales requeridas.

11.- ;na mezcla binaria ha de seararse en una columna de

destilacin equialente a " latos ideales m$s el recalentador,

utiliz$ndose un condensador total de modo que la corriente de

reflu&o se retorna en su unto de burbu&a.

#a cara es un lquido saturado a la resin a la cual oera la

columna, de comosicin "0 % molar de 9, se introduce or el

recalentador a razn de 100 mol/hr= mientras que la corriente

de reflu&o se retorna a la columna a razn de "0 mol/hr

Si el roducto destilado tiene una comosicin !0 % molar de 9,

calcular la comosicin del roducto de fondos as como el

flu&o de los roductos.

'ato de equilibrio( ? @ .0"

1.- 9 una columna de deso&amiento 2Striin column) se

suministra or el toe 100 lb mol/hr de una mezcla de

comosicin 0 % molar de 9 y 0 % molar de A, en la condicin

de lquido saturado.

*l roducto de toe que es el aor que de&a el lato suerior,

tiene una comosicin de 0 % molar de 9, mientras que el

roducto de fondos se obtiene a razn de 1" lb mol/hr.

*ncontrar el n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara

obtener la searacin deseada, asumiendo flu&os molares

constantes.

'ato de equilibrio( ? @ .0

1.- Se alimenta en forma continua una mezcla de aua e

isoroanol, que contiene 10 moles % de isoroanol, a una

columna que oera a la resin atmosf5rica= ara roducir un

destilado que contiene 6." moles % de isoroanol.

#a cara se introduce a la columna en su unto de ebullicin y


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debe recuerarse el !6 % del isoroanol que inresa &unto con

la alimentacin.

Si se utiliza una relacin de reflu&o iual al doble de la

relacin de reflu&o mnima, encontrar(

a) #a comosicin del roducto de fondos.

b) *l n+mero de etaas ideales requeridas.

Si en luar de utilizar un recalentador, se introduce aor

saturado a la resin atmosf5rica directamente or el fondo de

la columna, encontrar en este caso(


b) *l n+mero de etaas ideales requeridas.

14.- #as ecuaciones ara las lneas de oeracin de una columna

de destilacin que oera a la resin atmosf5rica, son(

Cona de enriquecimiento ........ ynD1 @ 0.60


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#a cara es alimentada en su unto de burbu&a a una columna que

tiene un reboiler y un condensador total.

#os datos de equilibrio a la resin de 10 sia son(

H,


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II.- PROBLEMAS DICTADOS EN CLASE DE TEORIA

01.- ;na solucin acuosa de metanol en su unto de burbu&a y

con un contenido de "0 % molar de metanol se suministra a una

columna de destilacin que oera a la resin atmosf5rica. Se

utiliza aor de aua a 14. sia inyectado directamente or el

fondo de la columna y un condensador total, retorn$ndose la

corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.

Se requiere obtener un roducto destilado con ! % molar de

metanol y un roducto de fondos con % molar de metanol, si se

emlea una relacin de reflu&o iual a 1." , determinar(

a) *l n+mero de etaas ideales requeridas.

b) *l flu&o de aor a suministrar or el fondo de la columna.

0.- 100 mol lb/hr de una mezcla de metanol y aua conteniendo

40 % molar de metanol y 60 % molar de aua, ser$n searados enuna columna de destilacin continua que oera a 1 atm de

resin ara obtener un destilado que contena !6 % molar de

metanol y un roducto de fondos con " % molar de metanol.

#a columna est$ roista de un condensador total retorn$ndose

la corriente de reflu&o como liquido saturado y de un

recalentador . #a alimentacin disonible a una temeratura de

". , se introduce or la osicin m$s tima.

a) 'etermine los flu&os en mol lb/r del destilado y del

roducto de fondos.b) 'etermine el % de recueracin de metanol en el destilado.

9sumiendo flu&os molares constantes en cada zona de la columna

es decir or el m5todo de Kc abe Hhiele, determine(

c) *l n+mero mnimo de etaas de equilibrio.

d) #a relacin de reflu&o mnimo.

Si se emlea una relacin de reflu&o iual a 1. eces la

relacin de reflu&o mnimo.

e) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas.

f) #os flu&os de lquido y de aor en cada zona de la columna.

) #as caras calricas en el condensador y en el recalentador.

h) Si en luar de utilizar un recalentador se inyecta aor de

aua a 1 atm absoluta, directamente or el fondo de la columna,

determine en este caso el n+mero de etaas de equilibrio.

i) eetir los c$lculos desde 2d) hasta 2) si las temeraturas

de la alimentacin fuese 1. , 60.0 .

0.- ;na solucin acuosa de etanol que contiene 0 mol % de


10/

etanol, se debe fraccionar a 1 atm de resin ara dar un

destilado con 0 mol % de etanol y un residuo con mol % de

etanol, ara tal efecto se disone de una columna de

destilacin equialente a latos tericos a la cual se

suministra aor de aua a 1 atm de resin directamente or el

fondo de la columna.

Si la cara, disonible a 60 G, se introduce or la osicin

tima, determinar la relacin de reflu&o que se debe emlear.

04.- Se desea searar una mezcla de benceno y tolueno con una

comosicin 40 % molar de benceno en una columna de destilacin

continua que oera a la resin atmosf5rica.

#a columna de destilacin est$ roista de un condensador total

retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de burbu&a y

de un recalentador.

Se desea obtener un roducto destilado con ! % molar debenceno y un roducto de fondos con % molar de benceno.

#a alimentacin, disonible a " se introduce a la columna

or la osicin tima.

Si se emlea una relacin de reflu&o iual a , determine

tomando como base 100 mol lb/hr de alimentacin(

a) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara efectuar

la searacin deseada.

b) #as caras calricas en el condensador y el recalentador.

0".- *l roileno, uno de los roductos etroqumicos de mayor

roduccin a niel industrial es utilizado ara una serie de

rositos que incluyen la roduccin de oliroileno,

isoroanol y $cido de roileno, la etaa final requerida ara

la roduccin de roileno consiste en la searacin del

roileno y roano or destilacin.

;na rueba de camo efectuada en una columna de destilacine


11/

#a columna utilizada tiene un di$metro interno de 1.1 m, con

!0 bande&as tio criba, siendo la searacin entre bande&as de

46 cm. 'etermine la eficiencia lobal de la columna.

'atos de equilibrio(

Graccin molar de roileno Lolatilidad relatia

roileno y roano

0.0 1.166

0. 1.1"

0.4 1.141

0.6 1.10

0. 1.11!

1.0 1.10!

06.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una solucin que contiene 40

% molar de benceno y 60 % molar de tolueno en una columna dedestilacin que oera a la resin de 1 atm y que est$ roista

de un reboiler y de un condensador total retorn$ndose la


*l roducto destilado debe tener una ureza de !" moles % de

benceno y recuer$ndose el !0." % del benceno carado a la

columna.

a) 'eterminese los flu&os del roducto destilado y roducto de

fondos.

b) 'eterminar la comosicin del roducto de fondos.c) 'eterminar el n+mero mnimo de etaas de equilibrio.

d) Si la cara se alimenta en su unto de burbu&a, ara una

relacin de reflu&o iual a determinar(

d1) #os flu&os de lquido y aor tanto or encima como or

deba&o del lato de cara.

d) 'eterminese la relacin de reflu&o mnimo.

d) *l n+mero de etaas ideales necesarias ara lorar la

searacin deseada.

d4) #a osicin tima del lato de cara.

d") #a cantidad de calor retirado en el condensador.

d6) #a cantidad de aua de refrieracin a utilizar, si 5sta

llea al condensador a una temeratura de 6 G y sale del mismo

a 14. G.

d) #a cantidad de calor a arear en el reboiler.

e) eetir los mismos c$lculos en el inciso 2d) cuando(

e1) #a cara se introduce en su unto de roco y se utiliza una

relacin de reflu&o iual a 6.

e) #a cara se aoriza en un "0 % 2en moles) y si la

relacin de reflu&o es iual a 4."

0.- ;na mezcla que contiene 0 mol % de metanol, y 0 mol % de


12/

aua debe fraccionarse la resin atmosf5rica ara lo cual se

suministra a razn de 100 lb mol/hr a una columna de

destilacin que tiene un condensador total y un recalentador.

#a columna oera de manera tal que se obtiene un destilado con

una ureza de !" mol % de metanol mientras que en el roducto

de fondos se elimina el ! % de las moles de aua caradas a la

columna.

#a alimentacin se encuentra disonible a una temeratura de

!. y se introduce or la osicin tima.

Bara lorar 5sta searacin se disone de una columna de

destilacin equialente a latos ideales y que el

recalentador tiene una eficiencia del 100 %, determinar(

a) #os flu&os de los roductos.

b) #a comosicin del roducto de fondos.

c) #a relacin de reflu&o que debe emlearse ara obtener la

searacin deseada.d) #os flu&os de lquido y aor en cada zona de la columna.

e) #as caras calricas en el condensador y en el recalentador.

0.- Se dise:ar$ una columna de destilacin ara searar

metanol y aua continuamente, a la resin atmosf5rica.

Se alimentar$n 100 moles/se de una solucin que contiene 40

moles % de metanol y 60 moles % de aua, cuya condicin t5rmica

es la de lquido saturado.

a) #a alimentacin se introduce or la osicin tima del

lato de cara, obteni5ndose un roducto destilado con una

ureza de ! moles % de y recuerando el !" % del metanol

carado a la columna.

*l reflu&o es un lquido saturado y se emlea una relacin de

reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o mnima.

9sumiendo flu&os molares constantes, determinar el n+mero de

etaas ideales requeridas.

b) Se est$ considerando utilizar una columna ya e


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mencionada en el inciso 2b), es el instalar un sistema ara

recalentar la alimentacin, de manera que 5sta inresa

arcialmente aorizada a la columna.

Si el flu&o de aor enerado or el recalentador es de !0

moles/se, y si la alimentacin uede introducirse or

cualquier unto de la columna= determine que orcenta&e de

alimentacin debe ser aorizada ara obtener un roducto

destilado con una ureza de ! moles % y un orcenta&e derecueracin de !" % del metanol en el destilado.

0!.- Se ha de royectar una columna de destilacin ara searar

000 I/hr de una mezcla de metanol y aua de comosicin 0 %

en eso de metanol, en un roducto de cabeza de comosicin !"

% en eso de metanol y un roducto de cola de comosicin

inferior al 4 % en eso de metanol.

#a alimentacin entra en un lato intermedio de la columna como

mezcla lquido-aor en la roorcin de a 1.

'eterminar(

a) #a relacin de reflu&o mnimo.

b) *l n+mero de latos necesarios ara efectuar la searacin,

si se emlea una relacin de reflu&o 4 % suerior a la mnima.

10.- Se ha de dise:ar una columna de destilacin fraccionada

ara searar "00 I/hr de una mezcla que contiene "0 % en eso

de metanol y "0 % en eso de aua, con la finalidad de obtenerun roducto destilado con ! % en eso de metanol y un residuo

con !6 % en eso de aua.

#a columna estar$ roista de un recalentador y de un

condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en su

unto de burbu&a.

#a alimentacin inresa a la columna or la osicin tima a

.4 y se utiliza una relacin de reflu&o iual a 1. eces

la relacin de reflu&o mnimo.

Jallar(

a) *l n+mero de latos requeridos.

b) #os flu&os de lquido y aor en cada zona.

c) #a cantidad de calor a suministrar en el recalentador.

11.- Se ha de royectar una columna de destilacin fraccionada

ara searar 10000 lb/hr de una mezcla de benceno y tolueno de

comosicin 40 % molar de benceno que inresa a la columnaaorizada en un "0 %.


14/

#a columna oera a 1 atm y est$ roista de un recalentador y

de un condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en

su unto de burbu&a.

Si se desea obtener un roducto destilado de comosicin !0 %

molar de benceno y un roducto de fondos de comosicin 4 %

molar de benceno, calcular(

a) #os flu&os de alimentacin, destilado y roducto de fondos

en mol lb/hr.

b) *l n+mero de etaas ideales.

c) Si el n+mero de etaas ideales, incluyendo el recalentador

es iual a , determinar la relacin de reflu&o a emlear.

d) #os flu&os de lquido y aor dentro de la columna.

e) #a temeratura a la que inresa la cara G.

1.- Se ha de royectar una columna de destilacin fraccionada

ara searar 10000 lb/hr de una mezcla de benceno y tolueno decomosicin 40 % molar de benceno que inresa a la columna

aorizada en un "0 %.

#a columna oera a 1 atm y est$ roista de un caldern y de un

condensador total retorn$ndose la corriente de reflu&o en su

unto de burbu&a.

Si se desea obtener un roducto destilado de comosicin !0 %

molar de benceno, utilizando una relacin de reflu&o iual 4.4"

y si la columna tiene etaas ideales incluyendo el caldern,

hallar(


b) #os flu&os de lquido y aor en cada zona de la columna.

e) #a temeratura a la que inresa la alimentacin.

1.- Se alimentan 100 mol lb/hr de una solucin que contiene 0

% molar de benceno y 0 % molar de tolueno en una columna de

destilacin que oera a la resin de 1 atm y que est$ roista

de un reboiler y de un condensador total retorn$ndose la


*l roducto destilado debe tener una ureza de !" moles % de

benceno y el roducto de fondos debe tener una ureza de 4

moles % de benceno.

#a alimentacin inresa como aor saturado.

a) 'eterminese la relacin de reflu&o mnimo.

b) 'eterminar el n+mero de etaas ideales r$ficamente y

analticamente.

c) Glu&os de destilado y roducto de fondos.

Si la relacin de reflu&o es iual a determinar(


15/

d) #os flu&os de lquido y aor or encima y deba&o del lato

de cara.

e) elacin de reflu&o interno.

f) *l n+mero de etaas ideales.

) #a osicin del lato de cara.

h) antidad de calor a retirar en el condensador.

i) antidad de aua de refrieracin en el condensador si

inresa a 6 G y sale a 1". G.

&) antidad de calor que debe suministrarse en el recalentador.Si la cara se introduce or el lato n+mero 4 contada a artir

del toe, determinar(

I) *l n+mero de etaas ideales.

14.- Se caran 10000 I/hr de una mezcla de benceno y tolueno a

una columna de destilacin la cual oera a 1 atmsfera de

resin . #a mezcla se comone de 40 % en eso de benceno y

60 % en eso de tolueno y debe seararse en un roducto

destilado que contiene !6 % en eso de benceno y un roducto de

fondos que contiene % en eso de benceno.

#a solucin se alimenta a la torre en su unto de ebullicin y

se utiliza una relacin de reflu&o iual a ." eces la

relacin de reflu&o mnimo. onsiderando que la mezcla es ideal

es decir son alidas las leyes de aoult y 'alton, hallar(

a) *l n+mero de etaas mnimas ideales.

b) *l n+mero de etaas ideales si la cara se introduce or la

osicin tima.

c) *l n+mero de etaas ideales si la cara se introduce or el

lato n+mero 6.

1".- ;na columna de fraccionamiento que oera a 1 atmsfera de

resin recibe una cara 100 mol/hr de una corriente cuya

comosicin es " moles % de aor saturado y " moles % de

lquido saturado, 5sta cara tiene una comosicin total de 40

moles % de etanol y 60 moles % de aua y se introduce or la

osicin tima.

*l roducto destilado de&a el condensador como lquido saturado

que contiene 0 moles % de etanol y el roducto de fondos

tambi5n es un lquido saturado que contiene " moles % de

etanol.

#a columna oera con flu&os constantes y con una relacin de

reflu&o iual a 1." eces la relacin de reflu&o mnimo,

calcular(

a) #a relacin de reflu&o mnimo.

b) Glu&os de aor y lquido tanto or encima como or deba&o

del lato de cara a la relacin de reflu&o esecificada.c) #as caras de calor al reboiler y del condensador en AH;/hr.


16/

d) *l n+mero de etaas de equilibrio requeridas ara efectuar

la searacin deseada.

16.- ;na mezcla acuosa de metanol, en su unto de burbu&a y con

un contenido de "0 moles % de metanol, se suministra a razn de

100 moles/hr a una columna de destilacin que oera a la

resin atmosf5rica.

Se utiliza aor de aua a 14. sia, inyectado directamente

or el fondo de la columna, y un condensador total,

retorn$ndose la corriente de reflu&o en su unto de burbu&a.

Se requiere obtener un roducto destilado con un contenido de

! moles % de metanol y un roducto de fondos con moles % de

metanol.

Si la columna emleada es equialente a ! etaas ideales,

determinar(

a) *l flu&o de aor en el toe de la columna.

b) #os flu&os de los roductos destilado y de fondos.

c) *l flu&o de aor a suministrar or el fondo de la columna.

d) #a ubicacin del lato de cara.

1.- 'emostrar que ara el caso en que la cura de equilibrio

uede enerarse or la e


17/

9, se cara a la columna 1000 mol/hr de una mezcla de los

comonentes 9 y A la cual tiene una comosicin de 0 % molar

del comonente 9.

#a cara se introduce or el lato timo de cara y antes de

inresar a la torre se eaora el 40 % de las moles totales,

inresando como una mezcla lquido-aor.

#a columna oera a 14. sia, y tiene un recalentador y uncondensador total y el reflu&o se retorna en su unto de

burbu&a.

Bara una relacin de reflu&o iual a , determinar(

a) omosicin del lquido roeniente del lato M .

b) antidad del roducto destilado y el roducto de fondos.

c) Bosicin del lato timo de cara.

d) Glu&o de aor en el toe de la columna.

e) elacin de reflu&o interno.

f) elacin de reflu&o mnimo.) 8+mero de etaas ideales necesarias.

dato de equilibrio( ? @ .0"

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