MXPA05012820A - Termointercambiador que tiene una manga mejorada. - Google Patents

Termointercambiador que tiene una manga mejorada.

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Abstract

Se describe un termointercambiador para transferir calor por lo menos entre dos fluidos y un metodo para formar el termointercambiador; el termointercambiador de preferencia incluye uno o mas tanques de extremo, una o mas entradas y salidas, uno o mas tubos, una o mas lenguetas, una o mas derivaciones, una o mas mangas mejoradas, combinaciones de los mismos o similares.

Description

TERMOINTERCAMBIADOR QUE TIENE UNA MANGA MEJORADA CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere generalmente a un termointercambiador y más particularmente a un termointercambiador de múltiples fluidos, que emplea una manga mejorada.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION En la industria automotor, en particular, se ha vuelto cada vez más necesario combinar múltiples funciones en un solo ensamble de termointercambiador. La necesidad de reducir el número de componentes en general y de optimizar la eficiencia del ensamble ha impulsado la necesidad de dispositivos de termointercambiador mejorados que combinen diseños cada vez más eficientes y múltiples funciones de empaque hasta ahora logradas utilizando varios componentes o dispositivos separados que tienen diseños ineficientes. De manera más especifica, ha habido una creciente necesidad de un dispositivo termointercambiador mejorado, particularmente para aplicaciones de vehículos automotrices de toldo, las cuales combinan múltiples funciones en un solo ensamble que es eficiente en su elaboración y operación y que ocupa sustancialmente el mismo espacio o menos espacio que dispositivos de termointercambiador existentes. Debido a los avances relativamente recientes en el campo, incluyendo, en particular, el desarrollo de la combinación de ensambles de termointercambiador o "enfriadores combo", también existe la necesidad de desarrollar sistemas de más de una manga para garantizar que múltiples fluidos sean mantenidos básicamente separados unos de otros. Como se mencionó anteriormente, en particular en los casos donde se va a emplear un termointercambiador de múltiples fluidos, resulta atractivo poder mantener cada uno de los diferentes fluidos del intercambiador separados entre si. El empleo de mangas es un posible enfoque. Sin embargo, hasta el momento de la presente invención, los diseños de manga con frecuencia han dado como resultado problemas de espacio, y similares, contribuyendo a la pérdida de función o eficiencia de uno o más de los tubos del termointercambiador. En particular, algunos ensambles de termointercambiador pueden tener requerimientos de espacio que se extiendan por lo menos a un extremo de tubo principal en el tanque. En dichos ensambles, las restricciones de espacio han conducido a "apisonar" las paredes perimetrales de la manga o "rebordes" que incrementan la flexión contra el perímetro del tanque y abarcan espacio adicional que eventualmente restringe el rendimiento debido al hecho de que los espacios centro a centro del tubo no se pueden optimizar. Por lo tanto, seria especialmente deseable un diseño de manga mejorado que se pueda integrar en un termointercambiador, y particularmente un termointercambiador de múltiples fluidos, que haga un uso eficiente de todos los tubos del termointercambiador.
SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención se enfoca en un termointercambiador para un vehículo automotor. El termointercambiador incluye un primer tanque de extremo dividido en una primera porción y una segunda porción por una manga, el primer tanque de extremo incluye un agujero de paso. El termointercambiador también incluye una pluralidad de primeros tubos en comunicación de fluido con la primera porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de primeros tubos está configurada para tener un primer flujo de fluido a través de los mismos. De preferencia, una pluralidad de segundos tubos está en comunicación de fluido con la segunda porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de segundos tubos está configurada para tener un segundo fluido, diferente del primer fluido, que fluye a través de los mismos. También es preferible que el termointercambiador incluya una pluralidad de lengüetas colocadas entre los primeros tubos y los segundos tubos . El sistema de manga incluye una manga o mangas con una porción central y (por lo menos una) porción periférica rebordeada, la porción periférica rebordeada tiene un canal periférico. Adicionalmente, la manga de preferencia está colocada dentro del tanque de extremo para que el canal periférico quede sustancialmente yuxtapuesto con el agujero de paso en el tanque de extremo para proveer un indicador de fuga visual y también sustancialmente yuxtapuesto por lo menos con una de las lengüetas en el espacio entre los tubos. De preferencia, el sistema de manga comprende mangas dobles, es decir, una primera manga y una segunda manga ensambladas por la parte posterior con una porción de contacto central común. En particular, en los enfriadores combo, una sección de tanque común con frecuencia necesita un separador entre los sistemas de fluido separados. Se ha descubierto que se puede utilizar una manga, o, en particular, un sistema de manga doble (o múltiple) , el cual provea la separación de fluidos necesaria para el adecuado funcionamiento del intercambio térmico para cada fluido. De preferencia, cuando hay una combinación de ensambles de termointercambiador o enfriadores combo, se pueden utilizar dos mangas separadas, con un espacio en medio de las mismas , para garantizar que los fluidos separados de los sistemas de múltiples fluidos permanezcan esencialmente separados entre si. En una modalidad particular de la invención, se puede colocar un "agujero" o "agujero de drenaje" en la superficie de cubierta entre las mangas dobles, para proveer una comunicación hacia el exterior. En una modalidad aún más preferida, el paso de entrada es colocado en la superficie de cubierta para permitir la entrada de materiales (fluidos) tal como flujo, para preparar cualesquiera superficies humedecidas para cobresoldeo o similares. Una característica y ventaja preferida adicional de dicha modalidad es que dicho paso de entrada también puede proveer un medio para facilitar la detección de fugas. En modalidades preferidas, la manga doble tiene un borde perimetral exterior separado por una distancia corta para proveer un canal de liberación en el borde de sellado. Aún más preferible es un borde de sellado que no esté "apisonado" o "rebordeado", reduciendo así la anchura global de la manga entre los tubos para que exista una separación más corta entre tubos. En una modalidad particularmente preferida, la doble manga es de un grosor reducido que se ensambla dorso con dorso con un área de porción de contacto central común, lo cual ocasiona que la porción central se incremente mucho más y de preferencia puede tener un grosor de uno, uno y medio, dos o más veces que el grosor para resistir presiones superiores. La variación exterior del perímetro de sellado de las modalidades preferidas también provee mayor estabilidad axial de la manga durante el ensamble.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra mangas separadas con un tubo muerto en medio de la técnica anterior. La figura 2 describe el concepto básico de la manga doble con una porción especifica periférica perimetral de borde y una porción de contacto central. La figura 3 muestra una manga doble con una porción especifica de borde periférico y una porción especifica de contacto central para mejorar la capacidad de presión. La figura 4 describe conceptos alternativos de la manga doble con una forma perimetral especifica y depresiones para separación. La figura 5 muestra una manga doble que exhibe uno o más agujeros para, por ejemplo, la entrada y/o drenaje de flujo. La figura 6 muestra una manga doble asimétrica con una anchura de canal variada a lo largo de la porción perimetral de la manga.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Generalmente, la presente invención se refiere a un termointercambiador y a un método para formar el termointercambiador. El termointercambiador puede ser un termointercambiador de un solo fluido o de múltiples fluidos (por ejemplo, 2, 3 ó 4 fluidos) . El termointercambiador también puede ser un termointercambiador de un solo paso o de múltiples pasos. Aunque el termointercambiador de acuerdo con la presente invención se puede utilizar para uña variedad de artículos de manufactura (por ejemplo, aire acondicionado, refrigeradores o similares) , se ha descubierto que el termointercambiador es particularmente ventajoso para uso en vehículos automotores. Por ejemplo, el termointercambiador se puede utilizar para la transferencia de calor de uno o más fluidos dentro de un vehículo tal como aire, aceite, aceite de transmisión, aceite para conducción, fluido de radiador, refrigerante, combinaciones de los mismos o similares. Por ejemplo, en una modalidad altamente preferida de la presente invención, se contempla un termointercambiador de múltiples fluidos que incluyen un condensador en combinación con un enfriador de aceite seleccionado del grupo que consiste de un enfriador de aceite para conducción, un enfriador de aceite para transmisión, un fluido de radiador y una combinación de los mismos . La presente invención además se ve optimizada por el empleo de un tubo de termointercambiador mejorado, el empleo de una derivación o una combinación de los mismos . Los termointercambiadores de la presente invención típicamente incluirán uno o más tubos, uno o más tanques de extremo, una o más entradas y salidas, una o más mangas, una o más lengüetas o una combinación de los mismos. Dependiendo de la modalidad del termointercambiador, se tienen contempladas diferentes formas y configuraciones para los componentes del termointercambiador. Por ejemplo, y sin limitación, los componentes pueden ser una parte integral entre si o pueden estar por separado. Las formas y tamaños de los componentes pueden variar según sea necesario o según se desee para varias modalidades del termointercambiador. Variaciones adicionales serán aparentes a partir de la lectura de la siguiente descripción . De acuerdo con un aspecto de la invención, uno o más de los componentes del termointercambiador tal como las mangas, los tanques de extremo, los tubos, las entradas, las salidas, una derivación o combinaciones de los mismos se pueden fijar entre si utilizando técnicas de cobresoldeo. Aunque se pueden utilizar varias técnicas de cobresoldeo, una técnica preferida se denomina como cobresoldeo atmosférico controlado. El cobresoldeo atmosférico controlado típicamente emplea una aleación de cobresoldeo para fijar los componentes, en donde los componentes están formados de materiales con puntos de fusión superiores que la aleación para cobresoldar. La aleación para cobresoldar de preferencia es colocada entre los componentes o superficies de los componentes que se van a unir y, posteriormente, la aleación para cobresoldar es calentada y fundida (por ejemplo, en un horno, y de preferencia bajo una atmósfera controlada) . Al enfriar, la aleación para cobresoldar de preferencia forma una unión metalúrgica con los componentes para fijar los componentes entre si. De acuerdo con una modalidad altamente preferida, la aleación para cobresoldar puede ser provista como un revestimiento sobre uno de los componentes del termointercambiador . En dicha situación, se tiene contemplado que los componentes pueden ser formados de un material tal como una aleación de aluminio con un punto de fusión superior mientras que el revestimiento puede ser formado de una aleación de aluminio con un punto de fusión inferior . En general, un termointercambiador preferido contempla por lo menos dos tanques de extremo separados puenteados entre sí en una comunicación de fluido por lo menos parcial a través de una pluralidad de tubos generalmente paralelos, con lengüetas colocadas entre los tubos. Más específicamente, refiriéndose a la figura 2, se ilustra una manga doble de acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención. La manga doble 1 incluye una porción de contacto central común (2). Adicionalmente, ésta incluye una porción periférica (3) . La figura 3 además de una porción de contacto central común (2) incluye dos extensiones laterales (5). La figura 4 incluye dos hileras paralelas de depresiones (6) para separación. La figura 5 muestra una superficie periférica (166) y un agujero de drenaje (167). La figura 6 incluye una manga doble asimétrica (2) con una pared periférica separada más allá del área de ranura del tubo (7) para permitir un agrandamiento de la dimensión del agujero. Desde arriba, se apreciará que un método preferido de la presente invención contempla proveer un termointercambiador de múltiples fluidos ensamblado en un ensamble común; pasando un primer fluido a través de una porción del termointercambiador para intercambio térmico y pasando por lo menos un fluido adicional a través por lo menos de una porción adicional del termointercambiador para intercambio térmico del fluido adicional. De preferencia, un termointercambiador de acuerdo con la presente invención incluye por lo menos una manga (con mayor preferencia por lo menos una manga doble) para dividir una región dentro de un componente de un termointercambiador en dos o más porciones. La manga doble de la presente invención puede ser provista en una variedad de formas diferentes y puede tener una variedad de configuraciones dependiendo de cuál componente del termointercambiador va a colocar la manga adentro y también dependiendo, por ejemplo, de la configuración de ese componente . De acuerdo con una modalidad preferida, las porciones separadas por la manga doble son parte de una abertura interna dentro de un tanque de extremo del termointercambiador. De acuerdo con una modalidad altamente preferida, la manga, o de preferencia la manga doble, es empleada para separar las porciones respectivas en un termointercambiador de múltiples fluidos en donde cada una de las porciones subdivididas está adaptada para recibir el mismo fluido bajo condiciones diferentes, o diferentes fluidos. En lo que respecta a esto último, por ejemplo, una porción puede recibir un primer fluido (por ejemplo, un fluido de condensador o similar) mientras que la otra porción recibe un segundo fluido (por ejemplo, un aceite de transmisión o aceite para conducción) , el cual es diferente del primer fluido. De esta forma, el uso de mangas permite que puedan mantener diferentes fluidos de una termointercambiador de múltiples fluidos separados entre si conforme fluyen a través del termointercambiador. En una modalidad más preferida, la manga doble es asimétrica. De acuerdo con otra modalidad más preferida, la presente invención busca proveer una manga doble, de la cual se muestra un ejemplo en la figura 2. En estas modalidades preferidas, se reduce el grosor general de la manga doble. En el área de contacto común (1) , el efecto de la manga "combinada" o "doble" es proveer un área de porción central común más resistente a presiones más elevadas . La relación del grosor promedio (te) de la porción central con relación al grosor promedio (tp) de la porción periférica de preferencia oscila de alrededor de 0.40:1 a aproximadamente 0.90:1. En una modalidad particularmente preferida, en donde la manga doble tiene un diámetro promedio aproximado de alrededor de 10 a aproximadamente 30 mm, el grosor promedio de la porción central de preferencia no es mayor que alrededor de 4.0 mm, con mayor preferencia no superior que aproximadamente 3.6 mm y con mayor preferencia aún es de alrededor de 3.0 mm de grosor. El grosor promedio de la porción periférica de preferencia no es mayor que alrededor de 10 mm, con mayor preferencia no mayor que alrededor de 7.5 mm, aún con mayor preferencia menor que aproximadamente 6 mm y con mayor preferencia es menor que, o igual a aproximadamente 4.0 mm de grosor. Asi, la relación del grosor promedio de la porción periférica al diámetro promedio (o dimensión transversal correspondiente) de un tanque de extremo u otra estructura en la cual es introducida, en el sitio de manga deseado, es de alrededor de 1:1 a aproximadamente 1:0.15, y con mayor preferencia es de alrededor de 1:0.30. También se pueden emplear otras dimensiones siempre y cuando se logren las necesidades resultantes para la estabilidad térmica y estructural. También son preferidas las estructuras en donde la porción central común tiene un primer grosor y la porción periférica tiene un segundo grosor y en donde la relación del primer grosor al segundo grosor es entre alrededor de 0.40 a aproximadamente 0.90. En varias modalidades preferidas, el grosor de la porción central no es mayor que alrededor de 3 mm. También son preferidas las modalidades en donde el grosor de la porción periférica no es mayor que alrededor de 6 mm. También puede ser posible lograr la estructura resultante deseada utilizando cualquiera de un número de técnicas de formación descritas. Por ejemplo, se puede emplear una operación de acuñación, vaciado, maquinado u otra operación conveniente. De acuerdo con una modalidad preferida, la manga se forma fijando (por ejemplo, con una soldadura, un adhesivo, un cobresoldeo, un sujetador mecánico o de otra manera) dos placas metálicas sustancialmente idénticas 180, 182 (por ejemplo, placas de aluminio troqueladas) juntas en relación simétrica de espejo entre si. Una vez formada, la manga doble 1 es instalada dentro de un termointercambiador, tal como dentro de un tanque de extremo. Se apreciará que la superficie periférica 166 de la manga doble 1 de preferencia tiene una forma que se aproxima a la superficie de pared interior del tanque de extremo para que la superficie periférica se acople sustancialmente con la superficie de pared interior del tanque de extremo alrededor de la superficie periférica, facilitando asi el sellado según se desee entre las porciones subdivididas del tanque de extremo. Opcionalmente, se aplica un sello o junta a la superficie periférica para asegurar la integridad del sello. De preferencia, la manga doble 1 está colocada dentro de una abertura del tanque de extremo para separar una primera porción de la abertura de una segunda porción de la abertura. La primera superficie exterior de preferencia mira hacia la primera porción y la segunda superficie exterior mira hacia la segunda porción. En una modalidad altamente preferida, aunque no se requiere, la manga o manga doble está adaptada para proveer detección de fugas o para, de otra manera, asegurar la integridad del sello. Para ello, es preferible que el tanque se extremo sea provisto por lo menos con un agujero de paso. Durante el ensamble, la manga es colocada para que el agujero de paso quede sustancialmente yuxtapuesto con el canal de la manga. De esta forma, se apreciará que si existe un sello defectuoso entre las porciones del tanque de extremo, el fluido de esa porción entrará al canal y saldrá a través del agujero de paso. El hecho de que exista una fuga se puede entonces detectar debido al escape del fluido. La ubicación del sello defectuoso también se puede detectar analizando el fluido que ha escapado para determinar cuál es la porción del tanque de extremo de donde se origina. Se contempla que se pueden utilizar varias técnicas para asegurar la manga doble dentro del tanque de extremo. Por ejemplo, la manga doble 1 puede estar en ajuste de interferencia dentro del tanque, y se pueden utilizar sellos (que no se muestran) para evitar el paso del fluido después de la manga doble 1. Alternativamente, la manga doble 1 se puede unir con adhesivo en su superficie periférica 1 al tanque de extremo. En una modalidad altamente preferida, la superficie periférica exterior de la manga doble 1 corresponde sustancialmente a una superficie interior del tanque de extremo para que la superficie periférica exterior y la superficie interior sustancialmente se opongan de manera continua y entren en contacto. Por consiguiente, la superficie periférica exterior se puede fijar a la superficie interior mediante soldadura, cobresoldeo o similares. Convenientemente, la doble manga 1 provee buena resistencia a las presiones, o fluctuaciones de presión provistas por los fluidos dentro de las porciones del tanque de extremo, particularmente en una modalidad preferida que incluye dos placas integradas para refuerzo entre si. También de forma conveniente, la manga doble 1 puede proveer sellos herméticos a los fluidos separados por la cavidad debido a que la superficie periférica exterior está separada en porciones por la cavidad. Por lo tanto, cada uno de los sellos puede amortiguar a la otra contra las fluctuaciones de presión proveyendo asi un mayor sellado global entre las porciones del tanque de extremo. Como una ventaja adicional, la manga doble 1 es relativamente delgada y no tiene bordes apisonados gruesos. Como resultado, se requiere menos volumen para ejecutar su función. Las mangas dobles 1 se ajustan entonces entre las entradas y salidas de tubo al tanque de extremo sin interferir con el flujo del fluido a través de los tubos. La flexibilidad en el montaje también ayuda a garantizar que se evite la presencia de tubos muertos u otras ineficiencias en los tubos . Otras modalidades de las mangas diferentes a las descritas anteriormente también están dentro del alcance de la presente invención, incluyendo pero no limitado a las modalidades preferidas adicionales que se describen en el siguiente análisis. Se debería entender que los principios de operación y ensamble de las modalidades descritas a continuación son sustancialmente idénticos a la manga doble 1 y el tanque de extremo de la figura 5, y la descripción de esos aspectos generales aplica también a las modalidades en el siguiente análisis. Por lo tanto, para evitar la repetición, la descripción de las modalidades se enfocará más en características estructurales únicas de las modalidades . Refiriéndose a la figura 3, y refiriéndose a la figura 4 se ilustran otras mangas alternativas. Generalmente, se contempla y, de hecho, se espera que se puedan realizar varios cambios a las modalidades preferidas de las mangas y mangas dobles para acomodar diferentes diseños de termointercambiadores mientras se mantengan dentro del alcance de la presente invención. Como ejemplo, y refiriéndose a la figura 6, se ilustra otra manga doble alternativa 2 que es asimétrica. Dicha manga doble de preferencia yacería dentro de un tanque de extremo de un termointercambiador . La manga doble alternativa se puede comparar con la manga doble original 1 de las figuras 2-5; sin embargo, la excepción es que la manga alternativa 2 de la figura 6 es, con mayor preferencia, asimétrica. La manga doble alternativa 2 de la figura 6 de preferencia incluye una cavidad anular con una porción axialmente expandida para acomodar un agujero de paso más grande o agujeros que se extienden a través de una pared del tanque de extremo. En otra alternativa, la manga doble tiene un área de canal alrededor de todo el perímetro y comprende uno o más "agujeros" y/o "ranuras" o similares que son aproximadamente equivalentes y que están alineados con la anchura del canal. Como se indicó previamente, las mangas de la presente invención son útiles en un número de diferentes aplicaciones. En un uso preferido, se provee un tanque de extremo para un termointercambiador de múltiples fluidos y está subdividido por lo menos con una manga de acuerdo con las presentes enseñanzas. En otra modalidad, se emplea una manga doble, tal como se describe en la presente invención, para subdividir un tanque de extremo de un termointercambiador de un solo fluido. Las mangas presentes no necesariamente tienen que utilizarse solo para subdividir tanques de extremo, también se pueden utilizar para subdividir cualquier estructura que provea un paso de fluido. En otra modalidad preferida todavía, la separación de las paredes periféricas varía a una posición más amplia más allá del área de ranura del tubo (figura 6, rep. 3) para permitir un agrandamiento de la dimensión del agujero. Se ha descrito la modalidad preferida de la presente invención. Sin embargo, aquellos expertos en la técnica apreciarán que algunas modificaciones entrarían en las enseñanzas de la presente invención. Por lo tanto, se deberían estudiar las siguientes reivindicaciones para determinar el verdadero alcance y contenido de la invenció .

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1.- Un termointercambiador para un vehículo automotor, que comprende: un primer tanque de extremo dividido en una primera porción y una segunda porción por una manga, en donde el primer tanque de extremo incluye un agujero de paso; una pluralidad de primeros tubos en comunicación de fluido con la primera porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de primeros tubos configurada para tener un primer flujo de fluido a través de los mismos; y una pluralidad de segundos tubos en comunicación de fluido con la segunda porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de segundos tubos configurada para tener un segundo fluido, diferente del primer fluido, que fluya a través de los mismos; en donde i) el sistema de manga comprende una manga doble, cada manga incluye una porción central común y una porción periférica, la porción periférica crea un canal periférico; y cada manga está colocada dentro del tanque de extremo para que las mangas dobles tengan una porción de contacto central común y una porción de reborde periférico.
2. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una o más mangas son asimétricas.
3. ~ El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada sistema de manga es asimétrico.
4. - Una manga doble para tanque de termointercambiador para un vehículo automotor, que comprende : un primer tanque de extremo dividido en una primera porción y una segunda porción por una manga, el primer tanque de extremo incluye un agujero de paso; una pluralidad de primeros tubos en comunicación de fluido con la primera porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de primeros tubos configurada para tener un primer flujo de fluido a través de los mismos; y una pluralidad de segundos tubos en comunicación de fluido con la segunda porción del primer tanque de extremo, la pluralidad de segundos tubos configurada para tener un segundo fluido, diferente del primer fluido, que fluye a través de los mismos; en donde i) el sistema de manga comprende una manga doble, cada manga incluye una porción central común y una porción periférica, la porción periférica crea un canal periférico; y cada manga está colocada dentro del tanque de extremo para que las mangas dobles tengan una porción de contacto central común y una porción de reborde periférico, y en donde la porción central común es mayor que una y una y media veces la anchura de sus paredes periféricas.
5. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la porción central común tiene un primer grosor y la porción periférica tiene un segundo grosor, y en donde la relación del primer grosor al segundo grosor es entre alrededor de 0.40 a aproximadamente 0.90.
6. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el grosor de la porción central no es mayor que aproximadamente 3 mm.
7. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el grosor de la porción periférica no es mayor que aproximadamente 6 mm.
8. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la manga doble está formada de una primera placa de metal troquelada y una segunda placa de metal troquelada.
9. - El termointercambiador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las distancias centrales tubo a tubo son menores que 10 mm.
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