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SEN AI–^39 PETR^ OBRAS
Monitoramento
e
controle
de
processos
Válvulas Válvulas
ão dispositivos destinados a estabelecer/interromper o fluxo em uma tubulação e também a controlá-lo se desejado. São os acessórios de tu- bulação mais importantes, merecendo cuidados especiais na sua locali- zação, seleção e especificação, e também os mais caros, devendo por isso haver o menor número possível, ou o estritamente necessário à opera- ção da planta.
Classificação quanto à finalidade e ao tipo
São utilizadas apenas para estabelecer/interromper o fluxo ( on/off ), fun- cionando completamente abertas ou completamente fechadas. Quando totalmente fechadas, devem garantir o bloqueio do fluxo, com um grau de vazamento adequado ao sistema e ao fluido. Quando totalmente abertas, devem promover a mínima restrição à passagem do fluido, sendo quase sempre do mesmo diâmetro nominal da linha e com passagem interna compatível com o diâmetro interno da linha.
Tipos V ÁLVULA GAVETA ( gate valves ) V ÁLVULA MACHO ( plug, cock valves ) V ÁLVULA ESFERA ( ball valves ) V ÁLVULA DIAFRAGMA ( diaphragm valves ) V ÁLVULA DE COMPORTA ( slide, blast valves )
Unidade 1
SS
VÁLVULAS DE BLOQUEIO
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São utilizadas com o objetivo de controlar o fluxo que passa pelo trecho de tubulação onde estão instaladas, podendo trabalhar em qualquer po- sição de abertura parcial. O fluxo é controlado através da variação da res- trição imposta pela válvula à passagem do fluido, com variação da aber- tura da válvula (área entre o obturador e a sede). Normalmente com diâ- metros menores do que a linha.
Tipos V ÁLVULA GLOBO ( globe valves ) V ÁLVULA AGULHA ( needle valves ) V ÁLVULA BORBOLETA ( butterfly valves ) V ÁLVULA DE 3 OU 4 VIAS ( three or four way valves )
São utilizadas com o objetivo de permitir o fluxo em um único sentido.
Tipos V ÁLVULA DE RETENÇÃO ( check valves ) V ÁLVULA DE RETENÇÃO E FECHAMENTO ( stop-check valves ) V ÁLVULA DE PÉ ( foot valves )
Tipos V ÁLVU LA DE S EG U R ANÇA E ALÍVIO ( safety, relief valves ) V ÁLVU LA DE EXC E S S O DE VAZÃO V ÁLVU LA DE CONTR APR E S SÃO ( back-pressure valves )
Tipos V ÁLVU LAS R E DUTOR AS E R EG U LADOR AS DE PR E S SÃO V ÁLVU LA DE QU E B R A - VÁC UO
VÁLVULAS DE CONTROLE OU REGULAGEM (control valves)
VÁLVULAS DIRECIONAIS OU DE RETENÇÃO
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A MONTANTE
VÁLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSÃO A JUSANTE
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SENA I–^42 PETR^ OBRAS
altas). Pode ser bipartido, encamisado (para a passagem de fluido quente que garante a não-solidificação do fluido no seu interior), ou aletado (para dissipação de calor). O castelo é montado sobre o corpo e fecha a parte superior deste, su- portando e interligando as partes móveis que controlam a abertura da válvula: o mecanismo interno e o mecanismo de acionamento.
Tipos de fixação do castelo ao corpo R OS QU EAM E NTO DI R ETO Corpo e castelo rosqueados. Para válvulas pequenas e baixa pressão
R OS QU EAM E NTO POR PORCA S OLTA DE U N IÃO Montagem com sobrepostas. Para válvulas pequenas e alta pressão, per- mitindo melhor vedação
M ONTAG E M POR PAR AFU S OS A base do castelo é aparafusada no corpo (como flanges). Utilizado para válvulas de grande diâmetro
Existem vários tipos de mecanismos internos, sendo o que normalmente diferencia os tipos de válvula. Os mais comuns são compostos de uma haste que se conecta a um obturador na sua extremidade. O obturador se assenta na sede para promover o fechamento, ou se movimenta (sobre ou através da sede), proporcionando a variação da área de passagem do fluido e, com isto, o controle do fluxo. A haste pode ter um movimento de subida e descida, ou um movimento giratório.
A haste atravessa o castelo, havendo assim a necessidade de um siste- ma de vedação. O principal sistema utilizado é a caixa de gaxetas con- vencional, com sobreposta e parafusos ou com porca de aperto. Em aplicações específicas com maior preocupação com vazamentos, pode-se usar engaxetamento de fole ou anéis retentores.
MECANISMO INTERNO
SISTEMA DE VEDAÇÃO
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Monitoramento
e
controle
de
processos
Os principais meios de operação são os seguintes:
Operação manual Em uma operação manual, empregam-se volantes e alavancas em válvu- las de até 12”. Para válvulas maiores, usam-se os sistemas de engrenagem e parafuso sem fim, com o objetivo de suavizar a operação. Em uma operação manual de válvulas situadas fora do alcance do ope- rador, utilizam-se volantes e alavancas com correntes, ou ainda haste de extensão. Esta última também para válvulas muito quentes ou frias.
Operação motorizada A operação motorizada é empregada para válvulas comandadas a distân- cia (para controle, intertravamento ou em locais perigosos), situadas em posições inacessíveis e muito grandes (que impossibilitam a operação manual). Gradativamente, vem sendo cada vez mais utilizada nas unida- des de processo, devido ao alto grau de automação exigido atualmente pela indústria do petróleo. Nos sistemas de operação motorizada hidráulica ou pneumática, a haste da válvula é comandada por um êmbolo ou um diafragma, sujeito à pres- são de óleo ou ar comprimido. O comando hidráulico é usado quase que somente para válvulas muito grandes. O comando pneumático é o siste- ma mais empregado nas válvulas comandadas por instrumentos automá- ticos (válvulas de controle). É preciso não confundir as comandadas por instrumentos automáticos com as de operação automática. Nos sistemas de operação motorizada elétrica, a haste da válvula é comandada por um motor elétrico, acionando o volante da válvula por meio de engrenagens de redução; ou por solenóide, cujo campo magnético movimenta a haste da válvula diretamente por atração. Este último é empregado apenas para pequenas válvulas, acionado por relés elétricos ou instrumentos automáticos.
Operação automática (auto-operadas) Podem ser comandadas pela pressão de molas ou pela pressão do próprio fluido, ou seja, uma conexão na entrada ou na saída da válvula leva o fluido até o sistema do acionador, para que estas pressões sejam mantidas no nível ajustado. Observe a Figura 8 na página a seguir.
MEIOS DE OPERAÇÃO E MECANISMOS DE ACIONAMENTO
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Monitoramento
e
controle
de
processos
Algumas particularidades
Sistemas de movimentação da haste
H ASTE ASC E N DE NTE COM ROSCA EXTE R NA A haste tem apenas movimento de translação, e o volante, preso ao cas- telo por uma porca fixa, apenas movimento de rotação. A rosca da haste é externa à válvula, estando assim livre do contato com o fluido.
H ASTE ASC E N DE NTE COM ROSCA I NTE R NA É a disposição mais usual em válvulas pequenas e também em válvulas gran- des de qualidade inferior. O volante é preso à haste, e a rosca da haste está no castelo. A haste e o volante têm movimentos de translação e rotação.
H ASTE NÃO - AS C E N DE NTE A haste e o volante têm apenas movimento de rotação. A haste possui rosca na extremidade da parte de dentro da válvula, que gira dentro da rosca da gaveta, proporcionando seu movimento de translação.
Problemas característicos durante a operação de válvulas gaveta
Em caso de alta pressão, é difícil a operação de uma válvula gaveta. Pode-se usar chaves apropriadas aplicadas ao volante, ou instalar um desvio na válvula: na abertura ou fechamento da válvula utiliza-se o des- vio para evitar alto diferencial de pressão na operação
As gaxetas requerem atenção: tanto a má lubrificação como o aperto demasiado podem acarretar dificuldades na operação. Pouco aperto pode provocar um pequeno vazamento com o uso
A abertura ou o fechamento total da válvula pode trancá-la na posição
Depósitos e defeitos na gaveta ou na sede po- dem fazer com que a válvula perca a vedação. Não se deve forçar seu fechamento
ATENÇÃ
Uma variante da válvula gaveta é a válvula de fecho rápido. Nelas, a gaveta é manobrada por uma alavanca externa, fechando-se com um movimento único da alavanca
ATENÇÃ
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Nas válvulas globo o fechamento é feito por meio do obturador em forma de tampão, que se move contra o orifício (sede) da válvula. Essas válvulas podem apresentar excelente vedação e trabalhar em qualquer posição intermediária, sendo utilizadas como válvulas de regulagem. Devido à sua forma construtiva, geram mais perda de carga que os outros tipos, mesmo estando totalmente abertas.
Possuem dois obturadores em forma de tampão na mesma haste, que se movem contra duas sedes (dividindo o fluxo na entrada da válvula).
São as variantes das válvulas globo, onde o tampão é substituído por uma peça cônica fina (denominada agulha), com sede também cônica, que permite um controle mais delicado da vazão. É usada em linhas de até 2”.
São as variantes das válvulas globo, em “Y”. Apresentam uma haste a 45° com o corpo, e em conseqüência disso as perdas de carga ficam bastante reduzidas. Essas válvulas são muito utilizadas para bloqueio e regulagem de vapor. Nas angulares os bocais de entrada e saída fazem 90° entre si. Permi- tem perdas de cargas menores que a válvula globo comum e evitam o acúmulo de sólidos em suspensão.
São as variantes das válvulas globo em que o obturador tem a forma de um copo invertido perfurado (como uma gaiola), que se movimenta den- tro da passagem da sede. Essas válvulas são empregadas para reduzir cavitação e ruído.
Muito usadas para fluidos perigosos, elas fazem o bloqueio através do fechamento de um diafragma flexível sobre a sede. A haste e o sistema de acionamento ficam fora de contato com o fluido. Têm sua utilização limitada pelo material do diafragma.
VÁLVULAS GLOBO
VÁLVULAS GLOBO SEDE DUPLA
VÁLVULAS AGULHA
VÁLVULAS EM “Y” E ANGULAR
VÁLVULAS GAIOLA
VÁLVULAS DIAFRAGMA
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São válvulas dos tipos adequados para regulagem (globo, borboleta etc.), com acionamento motorizado (atuadores), usadas em combinação com instrumentos automáticos que as comandam a distância. São uti- lizadas principalmente em acionadores pneumáticos, existindo uma gama enorme de diferentes tipos de acionadores, que se aplicam a di- ferentes necessidades.
Permitem a passagem de fluido apenas em um sentido, fechando-se au- tomaticamente se houver tendência à inversão no sentido de escoamen- to, por diferença de pressões exercidas pelo próprio fluido. São, por isso, válvulas de operação automática, usadas, por exemplo, em linhas de re- calque de bombas em paralelo, para evitar o retorno de fluido através das bombas paradas, em linhas de carregamento de tanques para evitar um possível esvaziamento etc.
Tipos principais de válvulas de retenção
V ÁLVU LA DE R ETE NÇÃO DE PORTI N HOLA Seu fechamento é feito por uma portinhola articulada, que se assenta no orifício da válvula. Essas válvulas não devem ser usadas em tubu- lações sujeitas a freqüentes inversões de fluxo, devido à tendência a vibrar fortemente.
V ÁLVU LA DE R ETE NÇÃO TI POPLUG O fechamento da válvula é semelhante ao da válvula globo, feito por meio de um tampão cuja haste desliza em uma guia interna. Essa válvula cau- sa perdas de carga muito grandes e por isso é pouco usada em linhas de diâmetros acima de 6”. Adequada ao trabalho com gases e vapores.
V ÁLVU LA DE R ETE NÇÃO DE E S FE R A É semelhante à válvula de retenção tipo plug , havendo porém uma esfe- ra em lugar do tampão e da haste. Apresenta fechamento mais rápido e é muito boa para fluidos de alta viscosidade. É fabricada apenas para diâ- metros de até 2”.
VÁLVULAS DE CONTROLE
VÁLVULAS DE RETENÇÃO
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Monitoramento
e
controle
de
processos
V ÁLVU LA DE R ETE NÇÃO “ DE PÉ ”
Tipo especial usado para manter a escorva nas linhas de sucção de bom- bas. É semelhante à válvula de retenção tipo plug.
V ÁLVU LA DE R ETE NÇÃO E FEC HAM E NTO Semelhante à válvula globo, com tampão capaz de deslizar sobre a haste. Na posição aberta, funciona como válvula de retenção tipo plug e, na posição fechada, como válvula de bloqueio. Utilizada em linhas de saída de caldeiras.
Controlam a pressão a montante, abrindo-se automaticamente quando esta pressão ultrapassa um determinado valor para o qual a válvula foi ajusta- da. Resumidamente, podemos dizer que a construção dessas válvulas é semelhante à das válvulas globo angulares. O tampão é mantido fechado contra a sede pela ação de uma mola, com parafuso de regulagem. Regu- la-se a tensão da mola, de maneira que se tenha a pressão de abertura da válvula desejada. A mola pode ser interna, dentro do castelo da válvula, ou externa, pre- ferindo-se esta última disposição para serviços com fluidos corrosivos, muito viscosos, ou gases liquefeitos que possam congelar. Essas válvulas são chamadas de “válvulas de segurança”, quando des- tinadas a trabalhar com fluidos compressíveis (vapor, ar, gases), e de “vál- vulas de alívio”, quando destinadas a trabalhar com fluidos incompressí- veis (líquidos). A construção das válvulas de segurança e de alívio é semelhante. Nas de segurança a abertura total da válvula ocorre imediatamente quando o fluido atinge a pressão de ajuste, e o fechamento ocorre repentinamente quando o fluido volta a uma pressão abaixo da pressão de ajuste. Nas de alívio, a abertura é gradual, atingindo o máximo com 110% a 125% da pressão de ajuste. Elas têm um tratamento diferenciado em relação às válvulas de blo- queio, retenção e controle, pois são instaladas com o objetivo de proteger os equipamentos da unidade de sobrepressões. Há muitas causas possíveis de sobrepressão (descargas bloqueadas, ruptura de tubos de permutadores, incêndios etc.), que são analisadas durante o projeto.
VÁLVULAS DE SEGURANÇA E DE ALÍVIO
SEN AI–^51 PETR^ OBRAS
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Monitoramento
e
controle
de
processos
FIGURA 10 ALGUNS TIPOS DE VÁLVULAS
Válvula globo angular Válvula globo reto Válvula de gaveta
Válvula em Y Válvula sem gacheta Válvula globo de agulha
Válvula reguladora de pressão (com piloto)
Válvula globo de operação rápida
Válvula reguladora de pressão (automática)
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SENA I–^52 PETR^ OBRAS
VÁLVULAS E SUAS CARACTERÍSTICAS
DEFINIÇÃO Válvulas são dispositivos destinados a estabelecer/interromper o fluxo em uma tubulação e tam- bém a controlá-lo se desejado.
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RESUMO
FUNÇÕES DAS VÁLVULAS Válvulas de bloqueio – Utilizadas para estabelecer/interromper o fluxo (on/off) Válvulas de controle ou regulagem – Utilizadas para controlar o fluxo Válvulas direcionais ou de retenção – Permitem o fluxo em um único sentido Válvulas que controlam a pressão a montante Válvulas que controlam a pressão a jusante
1 CONSTITUIÇÃO DAS
VÁLVULAS Corpo – Conexões e sede Castelo – Suporte da haste/obturador e acionador, vedação Mecanismo interno – Haste e obturador Sistema de vedação – Caixa de gaxetas com sobreposta, engaxetamento de fole, anéis retentores Meios de operação – Manual; motorizada; auto-operadas
PRINCIPAIS TIPOS DE VÁLVULAS DE BLOQUEIO E CONTROLE VÁLVULAS GAVETA Bloqueio Uso generalizado, são baratas e de operação e manutenção simples Obturador em forma de gaveta (cunha ou paralela) Fechamento lento VÁLVULAS GLOBO Controle Uso generalizado Obturador em forma de tampão, que se move contra a sede Alta perda de carga VÁLVULAS GLOBO SEDE DUPLA Controle Possui dois obturadores em forma de tampão na mesma haste VÁLVULAS AGULHA Controle fino Plug cônico fino com sede também cônica VÁLVULAS EM “Y” E ANGULAR Controle Hastes a 45° e 90° com a entrada Perdas de carga reduzidas e evitam o acúmulo de sólidos em suspensão
VÁLVULAS GAIOLA Controle Obturador em forma de gaiola Reduz cavitação e ruído VÁLVULAS DIAFRAGMA Bloqueio de fluidos perigosos Diafragma flexível se fecha sobre a sede VÁLVULAS MACHO Bloqueio Obturador cônico com furo oblongo Fechamento rápido VÁLVULAS DE 3 OU 4 VIAS Controle e alinhamento Obturadores com furos em forma de “ T ”, “ L ” ou em cruz, com 3 ou 4 bocais VÁLVULAS ESFERA Bloqueio e controle Obturador esférico Boa vedação VÁLVULAS BORBOLETA Controle e bloqueio Obturador em forma de disco Abertura rápida
Tome NotaTome Nota
SEN AI–^61 PETR^ OBRAS
Monitoramento
e
controle
de
processos
Filtros e
outros dispositivos
separadores
Filtros e
outros dispositivos
separadores
Unidade 1
FIGURA 14 FILTRO PROVISÓRIO
CESTA DE TELA
ANEL DE CHAPA INTERCALADA ENTRE DOIS FLANGES
É obrigatória a colocação de filtros provisórios na entrada de todos os equipamentos que possam ser danificados pela presença de corpos estranhos, pois é impossível garantir que não haja poeiras, terra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de eletrodos e outros materiais estranhos no interior dos mesmos, por mais bem feita que tenha sido a limpeza prévia das tubulações
MUITA ATENÇÃO
s filtros são também aparelhos separadores destinados a reter corpos estranhos, poeiras e sólidos em suspensão em correntes de líquidos ou gases (ver Figura 14). Duas classes de filtro são de uso comum em tubula- ções industriais:
F I LTR OS PROVI SÓR IOS F I LTR OS PE R MAN E NTE S
Eles são montados entre dois flanges de uma peça (carretel, redução, joelho etc.), próximo ao bocal de entrada do equipa- mento (bombas, compressores, turbinas etc.), para evitar que sujeira e corpos estranhos, deixados durante a mon- tagem dos mesmos, penetrem nesses equipamentos quando o sistema for posto em funcionamento. Depois que as tubulações já estiverem em fun- cionamento normal por algum tempo e, portanto, tiverem sido completamente la- vadas pelo próprio fluido circulante, os fil- tros provisórios deverão ser removidos. Os filtros provisórios mais comuns são os discos de chapas perfuradas ou os anéis de chapas finas com cesta de tela, como podemos observar também na Figura 14.
OO
PROVISÓRIOS
SEN AI–^63 PETR^ OBRAS
1
Monitoramento
e
controle
de
processos
Outros dispositivos separadores
Além dos purgadores de vapor, outros dispositivos separadores são tam- bém usuais em tubulações industriais. As operações mais comumente efe- tuadas por esses aparelhos são as seguintes:
Separação de poeiras e sólidos em suspensão em líquidos e gases Separação de água e/ou óleo em tubos de ar comprimido e de ou- tros gases Separação de ar em tubos de vapor
Os princípios gerais de funcionamento da maioria desses aparelhos são flutuação, inércia, capilaridade e absorção. Alguns separadores aprovei- tam-se, simultaneamente, de mais de um dos fenômenos mencionados. Os que trabalham por flutuação são semelhantes aos purgadores de bóia, empregados na separação e eliminação de água e de outros líqui- dos nas tubulações de ar e de gases em geral. Esses separadores são mui- to usados para a drenagem da água formada em tubulações de ar com- primido e, por isso, denominados às vezes de “purgadores de água”. Os que trabalham por inércia são destinados a separar líquidos e só- lidos em suspensão (inclusive poeiras) em tubulações de gases. Nes- ses separadores, a corrente de gás carregada de partículas líquidas ou solidas é obrigada a mudar várias vezes de direção em grande veloci- dade. Nessas mudanças de direção, as partículas líquidas ou sólidas separam-se por serem mais pesadas (devido à inércia), sendo recolhi- das e eliminadas. Os que trabalham por capilaridade servem principalmente para a co- leta e eliminação de ar e de água em tubulações de líquidos leves. Nes- ses aparelhos, a corrente líquida atravessa elementos de tela fina ou de palhas especiais, onde se formam, por diferença de capilaridade, bolhas de ar ou gotículas de água que são depois coletadas. Os que trabalham por absorção são aparelhos no interior dos quais existem substâncias especiais capazes de absorver e reter o material que se deseja separar. A veia fluida atravessa esses elementos, onde a absorção ocorre geralmente por meio de reações químicas. Os elemen- tos absorventes têm uma vida relativamente curta, ao final da qual devem ser substituídos. Alguns desumidificadores funcionam segun- do este princípio.
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SENA I–^64 PETR^ OBRAS
OUTROS DISPOSITIVOS SEPARADORES POR FLUTUAÇÃO São semelhantes aos purgadores de bóia e eliminam líquidos das tubulações de gases em geral POR INÉRCIA Servem para separar líquidos e sólidos em suspensão em tubulações de gases. A corrente muda de direção várias vezes em grande velocidade POR CAPILARIDADE Eliminam o ar e a água em tubulações de líquidos leves, por elementos onde se formam bolhas ou gotículas, depois coletadas POR ABSORÇÃO Usam substâncias especiais que absorvem e retêm o material a separar
ELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOS F I LF I LF I LF I LF I LTRANTESTRANTESTRANTESTRANTESTRANTES Grades e telas metálicas Chapas perfuradas Palhas metálicas Náilon Porcelana Papel Feltro Camurça etc
FILTROS PERMANENTES São a proteção de instrumentos e equipamentos sensíveis e que têm necessidade de purificação rigorosa e controlada do fluido circulante. Consistem em uma caixa com bocais e chicanas, elementos de filtragem, em forma de cestas cilíndricas, cones, discos, cartuchos etc.
FILTROS E OUTROS DISPOSITIVOS SEPARADORES
Os filtros retêm corpos estranhos, poeiras e sólidos em suspensão em correntes de líquidos ou gases.
FILTROS PROVISÓRIOS São usados por um período determinado na partida de unidades
OUTROS DISPOSITIVOS SEPARADORES POR FLUTUAÇÃO São semelhantes aos purgadores de bóia e eliminam líquidos das tubulações de gases em geral POR INÉRCIA Servem para separar líquidos e sólidos em suspensão em tubulações de gases A corrente muda de direção várias vezes em grande velocidade POR CAPILARIDADE Eliminam o ar e a água em tubulações de líquidos leves, por elementos onde se formam bolhas ou gotículas, depois coletadas POR ABSORÇÃO Usam substâncias especiais que absorvem e retêm o material a separar
ELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOS F I LF I LF I LF I LF I LTRANTESTRANTESTRANTESTRANTESTRANTES Grades e telas metálicas Chapas perfuradas Palhas metálicas Náilon Porcelana Papel Feltro Camurça
FILTROS PERMANENTES São a proteção de instrumentos e equipamentos sensíveis e que têm necessidade de purificação rigorosa e controlada do fluido circulante. Consistem em uma caixa com bocais e chicanas, elementos de filtragem, em forma de cestas cilíndricas, cones, discos, cartuchos etc.
Tome NotaTome Nota
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RESUMO
