G0204: Funcionamiento y fallas tĂpicas en los sistemas oleohidrĂĄulicos de maquinaria pesada y agrĂcola.
UNIDAD 2: Funcionamiento de sistemas electrohidráulicos, aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Unidad 2, parte 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos.
Material introductorio, parte 2.
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Índice de contenidos
Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. •
Funcionamiento de componentes eléctricos de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos.
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Especificaciones técnicas de componentes eléctricos de distintos modelos de equipos de maquinaria pesada y agrícola, que presenten sistemas electrohidráulicos.
•
Plano normalizado según ISO 1219, de distintos modelos de equipos de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos.
Los invitamos a revisar los contenidos desarrollados para esta unidad.
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UNIDAD 2: Funcionamiento de sistemas electrohidráulicos, aplicados en maquinaria pesada y agrícola. :
Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes de sistemas electrohidráulicos Los sistemas electrohidráulicos, al igual que los sistemas oleohidráulicos, poseen válvulas de distribución, de presión de caudal, entre otras. La gran diferencia entre ambos es la forma del comando, en los sistemas oleohidráulicos es manual o mecánica y en los sistemas electrohidráulicos el control es eléctrico. En este tema se tratará el funcionamiento de algunos elementos de los sistemas con control electrohidráulicos, tales como: Válvulas de distribución con mando eléctrico.
Válvulas de caudal controladas eléctricamente.
Válvulas de presión con mando eléctrico.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución de mando eléctrico. En la unidad anterior se contextualizó el concepto de válvula de distribución de mando eléctrico. En esta unidad se explicará el funcionamiento, pero para esto se debe tener claro que las electroválvulas pueden ser:
Solenoides de corriente continua
Solenoides de corriente alterna
Normalmente, en maquinaria pesada menor se utiliza la corriente continua de 24VDC, que es con la cual se trabajará en esta unidad, pero no es malo recordar que los equipos pesados de gran carga trabajan con corriente alterna, por ejemplo los camiones mineros fuera de carretera, palas oleohidráulicas, entre otros.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución de mando eléctrico. Diferencias entre solenoides de corriente continua y corriente alterna. Características de los solenoides de corriente continua: o Silenciosos. o No existen vibraciones. o Movimientos suaves. o Baja potencia. o Soportan variaciones de corriente. Características de los solenoides de corriente alterna: o Menor costo. o No soportan variaciones de corriente.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución de mando eléctrico. Las válvulas de distribución o bien las electroválvulas de mando, se pueden subdividir por la forma de sus mandos, existiendo válvulas de mando electrohidráulico directo e indirecto.
En la primera imagen se muestra una válvula distribuidora de mando por solenoide directo, es decir, el spool es accionado directamente por el solenoide.
La segunda imagen muestra una válvula de mando indirecto, en la cual el solenoide actúa sobre una válvula de control, la cual envía una señal hidráulica para mover el spool principal.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución. Electroválvulas de mando directo El solenoide actúa directo sobre el spool o carrete de la válvula, se utiliza normalmente en válvulas de pequeño tamaño, ya que si fuese un carrete o spool de mayor tamaño, el solenoide debería ser de gran tamaño, por ende, de alto consumo eléctrico. La imagen muestra una válvula de mando eléctrico directo en corte, donde se aprecia que los solenoides actúan directo sobre el spool o carrete de la válvula de distribución, además se muestra la foto del componente.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos
Electroválvulas de mando indirecto El solenoide actúa sobre el spool o carrete de una válvula auxiliar sobre la válvula principal, al accionar la válvula auxiliar esta deja pasar el aceite al mando de la válvula principal de mando hidráulico, logrando de esta forma accionar el spool o carrete principal; a esta condición de doble mando se le denomina mando electrohidráulico. La imagen muestra una válvula de mando electrohidráulico en corte, donde se aprecian claramente los dos spool, uno de control y el otro de potencia, además se muestra la foto del componente.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución electrohidráulica de mando indirecto. En la figura se muestra la simbología según norma ISO 1219 de la válvula direccional o distribución de mando indirecto. En el primer símbolo se observan dos válvulas, una de mando hidráulico y la otra de mando eléctrico por solenoide, la primera válvula es de potencia y la segunda de control. En el segundo símbolo se muestra la válvula de mando electrohidráulico en forma simplificada, pero ambos símbolos significan exactamente lo mismo.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Funcionamiento de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Diferencia entre el símbolo electroválvula proporcional.
de
una
electroválvula
y
una
En los planos electrohidráulicos los solenoides se ven muy parecidos, sin embargo son muy distintos, en el esquema número 1 se muestra un solenoide normal, en cambio en el esquema número 2 se muestra un solenoide proporcional. Otra forma de identificar una válvula proporcional o servo válvula, son las dos líneas paralelas en el símbolo de la válvula, esto indica qué válvula se puede posicionar en infinitas posiciones.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución con solenoide proporcional. Los solenoides proporcionales, a diferencia de los solenoides normales que se activan cuando es excitada la bobina, funcionan bajo el principio del electromagnetismo entregando posición máxima o mínima del spool o carrete de la válvula, en cambio los solenoides proporcionales se activan proporcionalmente dependiendo de la corriente que reciben del amplificador proporcional de 4 a 20 mA, entregando posicionamiento entre 0 a 100% del spool de la válvula.
En la imagen se observa un sistema de control básico, un potenciómetro entrega información al amplificador proporcional y este a su vez excita proporcionalmente el spool de la válvula, consiguiendo infinitas posiciones, dependiendo de la señal de entrada del potenciómetro.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución
Solenoide proporcional Se subdivide en: Solenoide de fuerza regulada
Solenoide de carrera controlada
Solenoide de fuerza regulada Regulan la fuerza variando la intensidad de corriente, con mínima carrera. Son de mínimo tamaño debido a su recorrido menor.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Válvulas de distribución con solenoide proporcional. Solenoide de carrera controlada Regulan la carrera mediante un sistema de control en lazo cerrado o realimentado. Se utilizan normalmente para válvulas de mando, para controlar posición de spool o carrete.
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Válvula proporcional con tarjeta electrónica de control Las válvulas proporcionales poseen varias ventajas técnicas sobre los solenoides convencionales o on/off, entre ellas se logra un mando continuo con respecto a los valores preestablecidos, los accionamientos son más sencillos, más rápidos y con mayor grado de exactitud y uno de los puntos más importantes en los cambios de dirección de actuadores, controla eficientemente los peak de presión, entregando mayor vida útil a los componentes oleohidráulicos de la máquina.
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Válvula proporcional con tarjeta electrónica de control Cada válvula proporcional es controlada por un amplificador electrónico, en forma de tarjeta electrónica de control, el cual:
Estabiliza la tensión. Crea rampas de aceleración. Crea funciones. Controla potenciómetro de valor nominal. Activa relé. Controla impulsos.
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Válvula proporcional con tarjeta electrónica de control ¿Cómo funciona? La información llega a la tarjeta electrónica proveniente del joystick o palanca de mando del operador de la máquina; a medida que se incrementa la señal de mando, se desplaza el spool en forma proporcional a la señal eléctrica.
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Válvulas de presión electrohidráulicas
Se utilizan normalmente como válvulas de seguridad o reductoras de presión con los mismos elementos, solo cambian a control eléctrico, por ejemplo el muelle cambia su tensión mecánica por tensión eléctrica, es decir, la presión del sistema en vez de vencer la tensión del muelle, debe vencer la tensión eléctrica del solenoide.
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Válvulas de presión electrohidráulicas La mayoría de las válvulas para aplicaciones de control de la presión, poseen una válvula piloto comandada eléctricamente por un solenoide, el resto de la válvula de presión es normal.
El solenoide provoca las descompensaciones de presión, debido al desplazamiento del spool o carrete de la válvula piloto.
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Válvulas de presión electrohidráulicas proporcional Esta válvula posee exactamente el mismo principio de funcionamiento de la válvula de control de presión electrohidráulica, la diferencia radica en que esta utiliza un solenoide proporcional para conmutar el spool o carrete de la válvula piloto, con respecto a un valor prescripto por el amplificador, produciendo un control de la presión proporcional a la corriente de la señal de entrada.
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Válvulas de presión electrohidráulicas proporcional ¿Cómo funciona? El valor pre definido en el amplificador genera un desplazamiento proporcional en el solenoide, el cual a su vez mueve el spool de la válvula piloto, controlando en forma proporcional la presión del sistema electrohidráulico, además el solenoide posee un captador inductivo que envía información a la tarjeta de control, regulando la posición exacta del solenoide para determinados valores de presión.
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Válvulas de presión electrohidráulicas proporcional En la imagen se muestra cómo se realiza el control de la presión de un sistema oleohidráulico, mediante una válvula de seguridad proporcional, el amplificador es quien controla el desplazamiento del solenoide según valores preestablecidos, con esto se logra controlar proporcionalmente la presión del sistema, protegiéndolo del peak de presión.
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Válvula proporcional de control de caudal Esta válvula puede regular el caudal en función de un valor preestablecido por el amplificador eléctrico, independiente de las variaciones de temperatura y presión del aceite circulante por el sistema. El control de caudal se lleva a cabo por una señal eléctrica, la cual es enviada por un potenciómetro, todo esto en combinación con la información de la tarjeta electrónica.
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Válvula proporcional de control de caudal
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Válvula proporcional de control de caudal
La figura muestra una válvula reguladora de caudal compensada con respecto a la presión del sistema, independiente que la presión del sistema varíe, el caudal se mantiene constante dependiendo de la posición del spool controlado por el solenoide proporcional, además la válvula envía una señal de posicionamiento del solenoide en todo momento, para lograr un mejor control del caudal.
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Válvula de distribución proporcional de accionamiento directo y sin realimentación La válvula de la figura es de mando directo y además no posee realimentación, es decir, se entrega la información al solenoide para que mueva el spool, pero no existe certeza de que esto ocurra. Esto se define como sistema en lazo abierto, no realimentado.
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Válvula de distribución proporcional de accionamiento directo y con realimentación La válvula de la figura es de mando directo por solenoide y además posee realimentación, por medio de un sensor de posición, es decir, se entrega la información de la posición del solenoide en todo momento, la cual es recibida por la tarjeta electrónica o el amplificador de señal, controlando de esta forma el solenoide proporcional, logrando un mejor posicionamiento del spool de la válvula de distribución.
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Válvula de distribución proporcional de accionamiento indirecto de dos etapas y con realimentación La válvula de la figura es de mando indirecto por solenoide, sobre una válvula piloto proporcional. La válvula piloto proporcional controla los mandos oleohidráulicos de la válvula principal, la cualidad de esta es que posee doble realimentación por medio de sensores de posición para el solenoide proporcional de la válvula piloto y la posición del spool de la válvula principal centrada por muelle.
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Símbolo para válvula de distribución proporcional de accionamiento indirecto y con realimentación.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Símbolo para válvulas de distribución de mando directo por solenoide convencional. 1. Válvula 4/2 monoestable. 2. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro cerrado. 3. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro tándem. 4. Válvula 4/3 centrada por resorte, con A y B a tanque y P cerrado.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Símbolo para válvulas de distribución de mando indirecto por solenoide convencional. 1. Válvula 4/2 Biestable. 2. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro cerrado. 3. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro tándem. 4. Válvula 4/3 centrada por resorte, con A y B a tanque y P cerrado.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Símbolo para válvulas proporcionales de distribución de mando directo por solenoide proporcional. 1. Válvula 2/2 monoestable. 2. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro cerrado. 3. Válvula 4/3 centrada por resorte, centro cerrado.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos Símbolo para válvulas proporcionales de control de presión. 1. Válvula limitadora de presión de mando directo. 2. Válvula limitadora de presión de mando indirecto por descarga. 3. Válvula reductora de presión de mando indirecto por descarga.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Relé. Solenoide. Solenoide proporcional. Relé temporizado con retardo a la conexión. Relé temporizado con retardo a la desconexión. Contador.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Símbolo normalizado de componentes eléctricos de sistemas electrohidráulicos
1. 2. 3.
Amplificador proporcional de una vía. Amplificador proporcional de dos vías. Presostato.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de mando eléctrico para controlar la salida y entrada del vástago. Si se acciona S1 se activa el relé K1 acciona el solenoide Y2 logrando la salida del vástago, con S2 retorna el vástago.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de mando eléctrico para controlar la salida y entrada del vástago. Si se acciona S1 se activa el relé K1 y se auto retiene ya activa el solenoide Y1 logrando la salida del vástago, con S2 desenclava y retorna el vástago.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de mando eléctrico para controlar la salida y entrada del vástago. Si se acciona S1 se activa el relé K1 activa Y1 y el vástago sale, cuando se suelta el botón S1 el vástago retorna.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico para controlar la salida del vástago y el desbloqueo de la válvula de retención para la salida del vástago.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico para controlar un actuador con compensación de caudal en el avance.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico para controlar un actuador y un motor oleohidráulico.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico para controlar dos actuadores oleohidráulicos, según la secuencia que se muestra en el diagrama estado fase.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico proporcional para controlar el llenado de acumuladores oleohidráulicos de un sistema electrohidráulico. El control proporcional se realiza por una tarjeta de control PID: controlador proporcional, integral, derivativo.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico proporcional para controlar la salida y entrada del vástago. El control proporcional se realiza por una tarjeta de control PID.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico proporcional para controlar la salida y entrada del vástago. El control proporcional se realiza sobre la válvula de distribución de mando proporcional.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico proporcional para controlar la salida y entrada del vástago. El control proporcional se realiza sobre la válvula de distribución de mando proporcional.
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Tema 2: Sistema de maquinaria pesada y agrícola que presenten sistemas electrohidráulicos. Planos sistemas electrohidráulicos Se muestra un circuito de control eléctrico proporcional, para controlar la salida y entrada del vástago. El circuito de control es complejo, posee solenoides normales y proporcionales.
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Conclusión En esta unidad se estudió el funcionamiento de componentes de sistemas electrohidráulicos de maquinaria pesada y agrícola y elementos del sistema de control eléctrico, como del sistema de potencia electrohidráulicos.
El estudio contempló el análisis del principio fundamental para los sistemas de control, el electromagnetismo, condición básica para el estudio de relé, contactores, solenoides y diversos tipos de sensores inductivos, capacitivos, electromagnéticos, entre otros.
Se analizaron los funcionamientos de electroválvulas de distribución, de presión y de control de caudal con solenoide normal, además el funcionamiento de electroválvulas con solenoides proporcionales. También se revisaron tipos de sistemas de control en lazo abierto y en lazo cerrado realimentado. Para realimentar los sistemas de control de las electroválvulas proporcionales, se utilizan los sensores, amplificadores de señal y potenciómetros.
Finalmente, en esta unidad se analizaron planos de control eléctricos para accionar sistemas de potencia electrohidráulicos.
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BIBLIOGRAFÍA
Gildemeister Maquinarias www.mgildemeister.cl Mannesmann Rexroth. (1980). Training Hidráulico (vol. 1). ISBN-3-8023-0619-8. Potter Merle, C. (1998). Mecánica de los fluidos (2ª. ed.). México: Editorial Prentice Hall. ISBN: 970-17-01968 Sewobe. www.case.com.es
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