Introducción

1. Humedad de los granos y del aire

Los granos, como es bien conocido, no pueden conservarse almacenados si no están secos. La cuestión es determinar cuándo un grano se considera "seco". Como término general, para los cereales, una humedad del 15% se considera el límite para estimarlo como "seco". Pero este valor es relativo, pues depende de diversos factores.

En un país de clima frío, un cereal como el trigo puede conservarse a 15% de humedad, pero en un país de clima cálido, la humedad de conservación deberá ser de 12 - 13%.

Los granos oleaginosos, tienen que ser almacenados a humedades aún menores, 10 a 11%, y todavía más bajas, como en el caso de la calza.

Así para conseguir la humedad adecuada del grano se utilizan las secadoras de granos. Al empezar la temporada la secadora debe estar lista para trabajar. Esto significa en primer lugar la limpieza total de la torre de secado.

Si no se hiciera así, no seria difícil que se observaran bajos rendimientos de la máquina, debido a menores cantidades de agua evaporadas en el aire usado.

Una correcta limpieza, además, reduce mucho los riesgos de daño a la mercadería y los peligros de incendio.

La mayoría de las veces los problemas se deben a la acumulación en las columnas y caballetes de elementos gruesos de algunos centímetros de espesor constituidos por materiales rígidos como pedazos de hojas, de paja, de marlos, etc, que al aglomerarse, forman tapones que impiden el escurrimiento normal del grano, y que constituyen pasajes preferenciales para el aire caliente. Este aire DO arrastrará bien el agua del grano, sobresecará las impurezas y podrá facilitar el inicio de incendios. Además todo esto significa un mayor consumo de combustible.

Es común ver oxidadas las partes metálicas de la zona superior de la cámara de secado de las secadoras tipo torre, debido a que el aire está muy cargado de humedad en esa parte.

En secadoras de columnas, las paredes perforadas interiores y exteriores deben limpiarse perfectamente pues si los agujeros están tapados por granos partidos, polvillo u otros cuerpos extraños se produce una reducción de los caudales de aire y del rendimiento de la secadora. Esta limpieza tiene que hacerse también en forma periódica en épocas de trabajo. La limpieza es fundamental sobre todo cuando se debe cambiar de grano.

Es importante que la secadora tenga fáciles accesos a su interior a fin de poder efectuar los periódicos trabajos de limpieza y mantenimiento.

Se aconseja que posea escaleras seguras para acceder a los diferentes lugares de la máquina.

También adquiere real importancia tener un buen programa de mantenimiento y reparaciones en época de trabajo. Si no fuera posible contar con todo el personal especializado para dichas tareas (electricistas, mecánicos, expertos en quemadores, etc.) se debe tener la seguridad de hacer arreglos previos para que aquellos puedan acudir de inmediato. Una secadora detenida muchas horas puede significar una pérdida de dinero importantísima.

Antes de ponerla en marcha debe verificarse el libre funcionamiento de los distintos mecanismos, como los ventiladores (haciéndolos girar varias vueltas para asegurarse que no haya roces), el descargador y otras partes movibles.

Deben lubricarse todos los alemites y movimientos empleando las grasas y aceites que se recomiendan, para lo cual hay que consultar los respectivos manuales de los fabricantes.

Igualmente, la limpieza de los filtros, el estado del quemador y de la cámara de combustión o del horno resultan primordiales tareas previas a la iniciación del trabajo de la secadora.

Puesta en marcha de la secadora

Al comenzar el secado con la máquina llena de grano húmedo, el tercio inferior sale húmedo de la secadora y otro tercio semihúmedo, granos que deben ser retransportados a la secadora.

Más conveniente es llenar la máquina con grano seco (dejarla llena el día anterior) para que de esta manera, una vez iniciado el proceso, los granos desciendan paulatinamente, dando lugar a que los granos húmedos que entrarán con posterioridad reciban el proceso de secado y enfriamiento y salgan adecuadamente secos.

En los manuales de cada secadora se encuentran unas instrucciones para su puesta en marcha; en la mayoría de las máquinas, en primer lugar se prenden los ventiladores y posteriormente el quemador. Luego de unos 15-20 minutos de funcionamiento para permitir el calentamiento de toda la masa de grano, cámaras, torre, etc., se puede accionar el sistema de descarga, de modo de conseguir el paso de la cantidad deseada de granos.

Siempre que sea posible la secadora debe funcionar sin interrupciones. Las detenciones repetidas pueden provocar la compactación del grano y resulta después difícil ponerla nuevamente en movimiento y además afectan la eficiencia general de la maquina.

Por estas razones es necesario contar con una capacidad de almacenamiento de grano húmedo suficiente para mantener la secadora en funcionamiento sin interrupciones.

Es trascendente que la máquina trabaje siempre llena, pues si no lo está se resiente su funcionamiento. Para ello, se cuenta con el sensor de nivel de llenado, en la parte superior; si éste último no funciona o no existe, la secadora puede trabajar poco cargada, entonces el aire circulará con mayor velocidad en la zona superior sin atravesar los granos, con la consiguiente pérdida de rendimiento.

Los sensores o controles de nivel de llenado no deben faltar en ninguna secadora. Los más empleados trabajan por la presión que ejercen los granos sobre el contacto del sensor. Cuando la máquina está llena, se desactiva la alarma. Cuando la máquina se vacía, se pierde el contacto y la alarma suena y se prende la luz de aviso.

Más útiles son los sensores de máxima y de mínima. Los de máxima se activan cuando la tolva está llena y desconectan automáticamente la alimentación de la misma. Los de mínima son del tipo ya mencionado.

Las secadoras continuas pueden demorar hasta dos horas en alcanzar su régimen de trabajo normal. Algunas máquinas, al principio pueden producir nubes de humo blanco porque todavía la cámara de combustión o el horno están fríos, que desaparecen cuando se haya alcanzado la temperatura suficiente.

Al finalizar el secado se debe apagar el quemador dejando los ventiladores funcionando unos 45 a 60 minutos, sobre todo si el grano va a permanecer en la secadora, con el fin de conservar el grano parcialmente seco en las distintas zonas.

Tipos de secadoras

1. Tipos de secadoras de granos

Las máquinas secadoras pueden clasificarse de la siguiente forma:

• De flujo mixto (de caballetes)

• De flujo cruzado (de columnas)

• De persianas

• De flujo contracorriente

• De flujo concurrente

• De flujo cruzado (de columnas hexagonales)

• De flujo mixto

• De lecho plano:

• Fijo

• Fluido

• Con recirculación

• Estáticas

• Con recirculación

• Estáticas

C) Silos secadores

Tanto las máquinas verticales (de menor tamaño) como las de cascadas, horizontales y secadoras en tandas, pueden ser fijas o transportables.

Esta clasificación comprende solamente a las secadoras comerciales, o sea, aquellas que se emplean en las plantas de acopio de granos de una capacidad media a alta.

A nivel de pequeño productor existe una amplia gama de diversos equipos de secado, la mayoría de los cuales son de reducida capacidad y de dísenos simples, que se utilizan en países donde todavía no ha llegado una tecnología avanzada. Hay otros ejemplares de secadoras, algo más evolucionados, como secadoras solares, secadoras por convección natural, patios de secado, túneles de secado, etc.,

2. Secadoras de flujo continuo

Son aquellas en las que el grano se introduce y descarga en forma continua o intermitente, permaneciendo constantemente llenas las secciones de secado y enfriamiento. Las operaciones de secado y enfriamiento se efectúan en forma simultánea e ininterrumpida.

Las secadoras verticales, también llamadas "tipo torre", se caracterizan por el recorrido del grano, desde arriba hacia abajo, y pueden ser clasificadas en varios grupos, de acuerdo al tipo de flujo.

Las secadoras de flujo mixto, también llamadas de "caballetes”, tienen como elemento principal, en las zonas de secado y enfriamiento, un conjunto de conductos en forma de V invertida, por donde circula el aire caliente o frío.

Las de flujo cruzado, también llamadas "de columnas" poseen columnas o venas rectas por donde circula por gravedad el grano; las columnas están formadas por paredes de chapas perforadas, las que atraviesa el aire caliente (o frío) en forma cruzada o perpendicular al espesor de la columna. Se conocen también secadoras de columnas de forma circular.

Estos dos tipos, por ser los modelos comerciales más empleados en la actualidad, ocupan la mayoría de los capítulos de esta obra.

Las secadoras de persianas tienen su cuerpo principal formado por tres tabiques verticales, siendo los dos exteriores abiertos en las dos caras, y el tabique medio en zig-zag con grandes perforaciones. Este sistema permite que el grano situado en el costado por donde ingresa el aire caliente descienda más rápidamente que el grano situado en el costado opuesto, con el fin de asegurar un secado más homogéneo. El espesor de la columna es de alrededor de 40 cm.

Las de flujo contracorriente y de flujos concurrentes se conocen como de flujos paralelos (de aire y de grano). Las de flujo contracorriente son aquellas en las que el aire y el grano marchan en la misma dirección, pero en sentido contrario. Las de flujo concurrente son las que el aire y el grano marchan en la misma dirección y en el mismo sentido.

3. Secadoras de flujo contracorriente

En esta secadora el grano fluye hacia abajo y el aire hacia arriba. En forma general este tipo de secadora corresponde al silo secador.

Este tipo de secado es muy eficiente energéticamente, porque el aire sale a través del grano más húmedo, o sea muy saturado, pues recoge una máxima carga de humedad.

El espesor de la capa de grano no suele superar los 3 - 4 m, pero si aumenta el espesor de la masa de granos también hay un incremento en la resistencia al paso del aire, que produce una disminución de la capacidad de secado.

El equipo puede funcionar todo en caliente y efectuar el enfriamiento en un silo separado (Figura 11) para hacer el proceso en forma continua, aplicando lo que se conoce como "secado combinado”.

Figura 11. Silo secador de flujo contracorriente (secado combinado)

4. Secadoras flujo concurrente

En este tipo, el grano y el aire de secado fluyen en la misma dirección y sentido. De esta forma el aire caliente se encuentra con grano frío y húmedo, pero la transferencia de calor y humedad que tiene lugar asegura que la temperatura del grano no alcance la temperatura del aire de entrada y que descienda rápidamente.

Este diseño tiene la ventaja que se pueden emplear muy altas temperaturas del aire, que originan altas velocidades de secado sin sobrecalentar el grano. Este último está sometido a un tiempo de permanencia más corto, por lo cual no es muy afectado.

Se ha comprobado también que el consumo específico de energía se encuentra entre 850 y 900 kcal por Kg de agua evaporada, que significa una buena eficiencia térmica.

En la práctica se ha comprobado que la extracción de humedad por cada tratamiento de flujo concurrente no supera los dos puntos de humedad, de manera que las secadoras comerciales existentes tienen dos o tres etapas, separadas cada una por secciones de reposo. Tales máquinas son muy altas, la potencia consumida es elevada y los tiempos de residencia más prolongados, todo lo cual está limitando, hasta ahora, la difusión de modelos de este tipo, así como su mayor costo inicial.

5. Secadoras cascadas

Estas máquinas están formadas por uno o dos planos inclinados, compuestos por persianas (las que atraviesa el aire) por las cuales el grano va descendiendo en forma de una cascada continua.

Este sistema tiene la ventaja de que no se tapan agujeros (porque no existen) con borra o basura, como en otras secadoras que tienen paredes perforadas. También son aptas para secar semillas muy pequeñas, como calza, tréboles y otras similares, reduciendo el caudal de aire.

La corriente de aire que pasa por las persianas, además de su función principal de secar y enfriar, realiza una buena limpieza del grano. Las impurezas arrastradas tampoco caen en el plenum o cámara de aire caliente, con lo cual el riesgo de incendio es reducido a un mínino.

Existen dos configuraciones especiales, una con un solo plano inclinado, en el cual la última sección es la zona de enfriado, y otra con dos planos inclinados donde el plano superior es la zona de secado, y el inferior, la zona de enfriado.

Como son equipos de poca inclinación ocupan un área superficial mayor que las secadoras tipo torre. Además la potencia absorbida por toneladas es casi el doble que las secadoras mencionadas.

Con el fin de aumentar la capacidad de secado se han fabricado secadoras con este mismo principio de cascadas, pero verticales, formadas por módulos de forma romboidal que pueden montarse uno arriba del otro, obteniéndose secadoras de hasta 100 t/hora.

En general, estas secadoras de lecho en cascadas emplean mayores caudales de aire que las secadoras de flujo mixto, pero trabajan a menores temperaturas del aire de secado. Sus fabricantes dicen que por dichas razones son preferidas estas máquinas por las malterías y los elaboradores de arroz.

La instalación de las secadoras de 1 ó 2 planos es fácil, pues ya vienen entregadas en un único cuerpo completo, y solo se necesita una grúa para ubicarlas.

Figura13. Secadoras de cascadas, de un solo plano.

6. Secadores horizontales

Se ubican en este grupo dos tipos: las secadoras horizontales de columnas hexagonales y las secadoras horizontales planas.

Las primeras son similares en su diseño a las secadoras en tandas descritas en el Capítulo VI, pero se diferencian porque su operación es continua, tienen ciclo de enfriamiento, son más complejas, y suelen ser más largas.

La capacidad de estas máquinas se aumenta haciéndolas de mayor longitud. Algunas marcas están formadas por módulos superpuestos, en los que cada modulo es una secadora individual. Esta última disposición tiene la ventaja de que cada módulo puede tener temperaturas de secado diferentes, mayores en los módulos superiores y menores en los inferiores; al mismo tiempo se detienen o suprimen los ventiladores de aire frío (excepto en el módulo inferior), intercalando de esta forma períodos de reposo que mejoran la calidad y eficiencia del proceso

Las secadoras horizontales planas se caracterizan por tener la sección de secado y enfriamiento en posición horizontal plana. Pueden ser clasificadas en dos modelos: de lecho fijo y de lecho fluido.

Las de lecho fijo tienen una cámara de secado plana de un ancho de unos 3 m y una longitud entre 10 y 15 m.

El grano es removido continuamente por un agitador que avanza y retrocede, y es transportado por UD piso movible hacia el extremo de salida. En la última parte de la máquina se lleva a cabo el enfriado del grano.

El grano avanza en capas de 30 a 48 cm, removidas regularmente, produciéndose así un buen contacto entre grano y aire. Según sus constructores, estas características les permiten obtener una alta calidad de grano seco.

Muchas de estas secadoras horizontales también pueden ser empleadas para secar forraje, pellets y otros productos y subproductos.

Son secadoras de baja capacidad de secado, de alrededor de 5 -7 t/hora.

Las secadoras de lecho fluido se diferencian porque emplean elevados caudales de aire caliente, con el fin de agitar y poner en suspensión a la capa de granos, y de esta forma conseguir un secado más rápido y uniforme (Figura 19).

Existe otro tipo de secadora horizontal de lecho fijo, más simple, también llamada "de capa estacionaria, pero que trabaja en tandas.

Fig. 19. Secadora horizontal de lecho fluido

7. Secadoras en tandas y silos secadores

Secadoras en tandas

Se coloca el grano húmedo en la secadora, se mantiene en ella hasta que es secado, y luego se enfría en la misma. Posteriormente, el grano es extraído, y la secadora se vuelve a llenar con otra tanda.

Estas secadoras se adaptan muy bien para seca-aireación, pues directamente se suprime el tiempo de enfriamiento en la secadora. Para dejar el grano con 16 o 18% de humedad, sólo es necesario acortar el tiempo de calentamiento. No se necesita hacer modificaciones en la secadora. En ellas se puede doblar con facilidad su capacidad de secado.

Las secadoras en tandas son, en general, de baja capacidad y pueden ser empleadas en la propia finca del productor. Siempre tienen que tener una capacidad similar a la de las máquinas cosechadoras, para no interrumpir la cosecha.

• de recirculación

Estas secadoras, ya sea de columnas o de caballetes, poseen una cámara de secado convencional, pero el grano es reciclado varias voces en la secadora, con el auxilio de un elevador de cangilones o de una rosca vertical, de manera que existen períodos de descanso, que favorecen un templado parcial del grano. Una vez que el grano está seco, se lo enfría apagando el quemador, y se lo descarga, quedando luego la máquina libre para un nuevo ciclo.

Estas máquinas pueden presentarse en modelo fijo o en modelo transportable, y en versiones más chicas pueden ser accionadas por la toma de fuerza de un tractor.

Silos secadores

Se encuentran diversos tipos de estos silos secadores en el comercio de granos. La mayoría de ellos son silos metálicos cilíndricos, con distintos accesorios, que luego pueden utilizarse para almacenamiento.

Los silos secadores pueden emplear temperaturas del aire entre moderadas y altas, o solamente aire natural.

Una innovación que es común a silos secadores de Estados Unidos son los removedores de granos, que se componen de un árbol dispuesto horizontal y radialmente, colgado del centro del silo por un extremo y apoyado sobre un riel en la circunferencia del silo por el otro extremo, el cual está animado de movimiento circular. Sobre este árbol están montadas dos o tres roscas verticales, que tienen tres movimientos:

- de rotación sobre su propio eje;
- horizontal, a lo largo del árbol horizontal;
- circular, alrededor del silo, y que puede durar varias horas por vuelta.

¿Secadoras de columnas o secadoras de caballetes?

Dentro de las secadoras de flujo continuo, tipo torre, los modelos más comunes en las plantas de acopio pertenecen a alguno de estos dos grupos.

Las de columnas predominan en Estados Unidos mientras que las de caballetes prevalecen en Europa, particularmente en Francia. La cuestión que surge es cuál resulta más ventajosa o superior, o cuáles son las condiciones a las que más se adapta cada una.

A continuación se analizan varios puntos que permitirán evaluar las características de cada tipo.

Las secadoras de caballetes, al distribuir el grano en diversas capas de menor espesor, permiten un mejor intercambio entre aire y grano; además, por la forma y distribución de los caballetes, los granos son atacados por el aire caliente ya sea por flujo cruzado, por contracorriente y por acción concurrente, de manera que se mejora notablemente el contacto grano-aire. Por esta razón estas secadoras son conocidas también como "de flujo mixto".

Esta mejor distribución entre aire y grano permite reducir las diferencias entre las humedades de granos individuales, es decir, mejorar la uniformidad de secado.

Las secadoras de columnas no alcanzan una uniformidad tan satisfactoria pues en las columnas los granos que están más cercanos en contacto con la pared que recibe el aire caliente, se secan excesivamente, mientras que los que están en contacto con la pared del otro lado, no llegan a secarse adecuadamente. Es posible que granos que ingresan a la máquina con, digamos, 18% de humedad, tengan a la salida una humedad promedio de 14%, pero si se pudiera medir la humedad de granos individuales, muchos tendrían 17% de humedad y otros están sobresecados a 8-9%. Los primeros pueden causar problemas posteriores de conservación, y los segundos habrán perdido gran parte de sus buenas propiedades.

b) Construcción

Las secadoras de columnas son de fabricación más simple y, por consiguiente, a igualdad de tamaño, más baratas. Por el contrario, las de caballete son más complejas. Estas diferencias se refieren únicamente a la cámara de secado.

c) Potencia requerida

Como el aire debe cruzar las columnas de secado y atravesar dos chapas perforadas correspondientes a las paredes, las secadoras de columnas absorben mayor potencia que las de caballetes.

d) Capacidad de secado

A igualdad de tamaño, las de columnas pueden tener una capacidad algo mayor, plues el flujo de granos es más libre.

e) Caudal de aire

Por las razones expuestas al mencionar la potencia requerida, los caudales necesarios para las máquinas de columnas son mayores, y pueden llegar a 5000 m3/h y por m³ de grano, mientras que las similares de caballetes tienen valores iguales a la mitad de aquellos.

f) Peligro de incendio

Al tener menos obstrucciones en su recorrido, el grano está menos expuesto al peligro de incendios en las secadoras de columnas que en las de caballetes. Estas últimas, si no se diseñan bien los caballetes y su distribución, pueden acumular materiales en algunos puntos, los que se recalientan y pueden iniciar un fuego.

g) Obstrucciones

En las secadoras de columnas pueden taparse los agujeros de las paredes por la basura de los granos si éstos no están suficientemente limpios antes de entrar a la máquina. Esto reduce el rendimiento y obliga a limpiar periódicamente.

En los caballetes pueden producirse atascamientos por el mal diseño de los mismos o por trabajar con granos muy sucios.

h) Adaptación a diferentes granos

Las máquinas de caballetes se adaptan para procesar granos de diferente poso y tamaño, pero hay que tener la precaución de reducir los caudales de aire cuando se trata de semillas livianas o pequeñas, por el peligro que las arrastre el aire hacia el exterior.

Las de columnas también se adaptan para diferentes granos, siempre que las semillas no sean más pequeñas que los agujeros de las paredes.

i) Temperatura de secado

Como las secadoras de caballetes hacen una más completa mezcla de aire caliente y grano, pueden utilizar temperaturas de secado más elevadas que las de columnas. En estas últimas las temperaturas deben ser algo menores para evitar daños excesivos a los granos.

j) Eficiencia de secado

Es mayor en las máquinas de caballetes, por las razones expuestas anteriormente. Ello significa que requieren menos kilocalorías por cada kg de agua evaporada que las de columnas. También pueden tener un menor consumo energético.

k) Contaminación al exterior

Ocasionan menor contaminación las secadoras de columnas porque arrojan una menor cantidad de basura al exterior, pues queda retenida en las paredes de las columnas. Las de caballetes, como no tienen paredes, los caballetes libres impulsan más material hacia afuera.

l) Limpieza final del grano

Por los mismos motivos recién expuestos al mencionar la contaminación al exterior, las secadoras de caballetes entregan el grano con mayor limpieza que las de columnas.

m) Fisurado del grano

Es posible que las secadoras de columnas originen más fisurado de granos que las de caballetes, a causa de que emplean un mayor caudal de aire, que ocasiona al grano tensiones más severas.

n) Pérdidas de calor

En las secadoras de caballetes, las pérdidas pueden ser mayores en el plenum de calor, pues las paredes laterales están en contacto con el aire ambiente por el lado externo. En cambio en las secadoras de columnas, las pérdidas son menores, porque el sentido de circulación del aire caliente es de adentro hacia afuera.

ñ) Limpieza de la máquina

Se hace más fácil en secadoras de caballetes, pues no tienen paredes perforadas. Estas paredes perforadas necesitan más tiempo para ser limpiadas.

o) Volumen de grano

Las secadoras de caballetes tienen un mayor volumen de grano en su interior que las de columnas de similar tamaño, lo cual les permite un secado más lento por medio de una mayor exposición al aire de secado.

Cálculo de la capacidad necesaria de secado

Vamos a tratar dos casos para calcular la capacidad óptima que debiera tener una secadora. El primero se refiere a un productor y el segundo, a plantas de acopio.

Caso 1°: Productor

Un productor agrícola que quiera poseer su propia secadora, puede calcular la capacidad necesaria de secado, en base a sus operaciones de cosecha. Con este fin debe aplicar esta fórmula.

Capacidad = [Capacidad cosechadora (t/h) x horas diarias de cosecha x 1.20] / Horas diarias de secado

Este valor 1,20 permite un 20% de tolerancia por mayor rendimiento del cultivo o de la máquina.

Ejemplo:

Capacidad cosechadoras: 15t/hora

Horas diarias de cosecha: 8 horas

Horas diarias de secada: 16 boros

Capacidad secadora = [15 x 8 x 1.20] / 16 = 9 t/h

Será suficiente una secadora de 9 t por hora para ir secando, por ejemplo, durante la noche la producción diaria. Debe tenerse presente que la capacidad de una secadora está dada para extraer humedad ente 18 y 13,5% o cifras aproximadas.

Cuando las humedades son mayores, la capacidad de la secadora se resiente bastante.

Caso 2°: Planta de acopio

No puede pretenderse instalar una capacidad de secado igual o mayor que las máximas recepciones diarias de grano húmedo, pues significaría una inversión excesiva.

Conviene calcular el promedio de recepción diaria de grano húmedo en toda la temporada, y fijar una capacidad de secado mayor a ese dato.

También, se puede tomar el promedio de las recepciones diarias de grano húmedo de los tres días consecutivos de mayor recepción, y fijar una capacidad de secado algo menor.

Ejemplo: Una planta recibe en los tres días de máxima recepción un promedio de 15 camiones de 30 t con humedad de maíz del 24%. Son 450 t diarias y si la secadora trabaja 16 horas, resulta una capacidad de 28 t/h. A esas humedades se requiere una secadora de 50 t/h (datos de fábrica, capacidad nominal), pudiéndose elegir una máquina de 40-45 t/h.

Hay que tener presente que hoy en día sólo tres cosechadoras, recolectando maíz con cabezales de 6 surcos, a 6 km/hora, pueden juntar unas 6 ha por hora, que pueden significar 36 t de maíz por hora, o sea la capacidad de una secadora de más de 50 t/hora (dato de fábrica) para secar maíz de 22% de humedad.

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