PT82024B - Separador gas-agua - Google Patents
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Description
SEPARADOR GAS-AGUA f
se encontra em comunicação com uma abertura de entrada (22) com a câmara (7) de uma válvula de purga e com uma abertura de saida (23). De acordo com o presente invento o separador gás-água inclui umas paredes inclinadas de forma obliqua e descendente e umas paredes espiraladas, indo cada uma das referidas paredes espiraladas ligar-se na zona da extremidade inferior da correspondente parede inclinada a uma parede terminal radial de modo a determinar com esta última a formação de uma aresta viva.
Campo de aplicação do invento presente invento diz respeito a um separador próprio para ser montado numa conduta tubular para gases, como por exemplo vapor de uma qualquer substância ou ar comprimido, a fim de separar a água (por exemplo os condensados) do seio do gás. Mais precisamente diz respeito a um separador gás-água próprio para separar o gás da água um do outro por meio da acção de uma força centrífuga induzida pelo fluido animado de um movimento de rotação.
Neste tipo de separadores de gás-água é conferido um movimento de rotação ao fluido na parte superior de um invólucro e as gotas de água contidas no seio de gás são projectadas para fora pela acção da força centrífuga resultante do movimento de rotação do fluido, sendo portanto separadas do seio do fluido. 0 gás é conduzido para uma abertura de saída enquanto que as gotas de água separadas do seio do fluido são enviadas para fora do invólucro através de uma válvula de purga para que se encontra situada no interior e na zona inferior do invólucro.
Técnica anterior
De acordo com a forma de construção dos separadores gás-água convencionais existe um sistema de parede separadora cilíndrica que se acha colocado no interior e na zona superior de um invólucro de maneira a determinar a formação de um espaço anular entre o sistema de parede separa; dora e o invólucro no interior do qual se encontra colocado o sistema de parede separadora havendo uma série de pás inclina, das, promotoras de movimento de rotação, que se encontram dispostas radialmente no espaço anular , e encontrando-se as partes superior e inferior do espaço anular e a passagem tubular
interior do sistema de parede separadora em comunicação com uma abertura de entrada, com a câmara de uma válvula de purga e com uma abertura de saida, respectivamente. Nesta forma de construção o fluido que entra através da abertura de entrada é obrigado a rodar no interior do espaço anular graças ao movimento que lhe é conferido por parte das pás de rotação ou seja, pás promotoras de rotação, ou seja, pás capazes de conferirem um movimento de rotação ao gás que entra no separador, de maneira que as gotas de água são projectadas para fora pela acção de uma força centrífuga. As gotas de água assim separadas vão escorrer para a parte inferior do invólucro sendo depois descarregadas para o exterior através da válvula de purga. Numa zona central da corrente animada de movimento de rotação oogás desloca-se em direcção à abertura de saida através da passagem tubular interior do sistema de parede separadora.
Problema a ser resolvido pelo invento
No caso das estruturas de tipo convencional anteriormente referido só uma parte das gotas de água é que são conduzidas para a abertura de saida mesmo que se tenha procedido a uma intensificação da corrente animada de movimento de rotação, tendo-se revelado impossível fazer aumentar o rendimento da separação gás-água para além de um determinado limite.
A razão de ser desta limitação consiste no facto de o processo de basear apenas na lei natural que determina que quando se encontra animado de movimento de rotação o fluido é empurrado tanto mais para fora pela acção de uma força centrífuga quanto maior for a sua massa de maneira que as goticulas de água muito pequena voltam novamente de fora para dentro ao longo da superfície sendo
portanto arrastadas para a abertura de saida juntamente com o gás.
A base técnica do presente invento consiste na utilização de um sistema suplementar, capaz de ca£ tar as gotas de água e arremessar essas mesmas gotas para lado de fora, num separador gás-água equipado com pás de rotação.
Modo de resolver o problema
De acordo com a solução proposta pelo presente invento para resolver o problema anteriormente referido, são formadas umas paredes inclinadas de forma obliqua e descendente e umas paredes espiraladas numa parede periférica exterior de um sistema de parede separadora ciliii drica, indo cada uma das apredes espiraladas projectar-se de dentro para fora gradualmente a partir da extremidade superior de cada uma das referidas paredes inclinadas e em direcção ã extremidade inferior da respectiva parede inclinada e ligar-se na zona da extremidade inferior da correspondente parede inclinada a uma parede terminal radial de modo a determinar com esta última a formação de uma aresta viva.
Funcionamento do aparelho de acordo com o invento dispositivo anteriormente referido funciona da maneira que será descrita a seguir.
Em torno da periferia exterior do sistema de parede separadora cilíndrica é formado um espaço anular e as apredes inclinadas de forma obliqua e descendente vão ficar colocadas no interior do referido espaço anular, de maneira que o fluido é obrigado a mudar de direcção, passando a deslocar-se ao longo de uma direcção obliqua e descendente, quando passa através do referido espaço anular. Por conseguinte o fluido vai rodar no interior do espaço anular devido à sua continuidade e este movimento de rotação alargar-se ãs partes situadas acima e abaixo das paredes inclinadas, quer dizer, o fluido entra no espaço anular já animado de movimento de rotação e sai também animado de movimento de rotação.
Uma vez que as apredes espirais se projectam de dentro para fora gradualmente a partir da extremidade superior de cada uma das referidas paredes inclinadas e em direcção à extremidade inferior da respectiva parede inclinada, o fluido vai deslocar-se segundo uma direcção mais apontada para fora do que aquela que corresponde a uma direcção tangencial ao espaço anular sendo por isso projectado em melhores condições contra a parede interior de uma caixa no interior da qual se encontra colocado o dispositivo caracteristico do invento. Além disso, e uma vez que a largura do espaço anular se vai tornando cada vez menor à medida que nos vamos deslocando da extremidade superior para a extremidade inferior das paredes inclinadas, a velocidade do escoamento rotativo vai aumentando gradualmente até atingir -o valor máximo na zona da extremidade inferior .
Além disso, e uma vez que cada uma das paredes espiraladas se vai ligar na zona da extremidade inferior da correspondente parede inclinada a uma parede terminal radial de modo a determinar com esta última a formação de uma aresta viva, a largura do espaço anular aumenta subitamente na zona do espaço anular aumenta subitamente na zona dessas paredes terminais. Consequentemente, quando o fluido se encontra animado de movimento de rotação, a pressão junto das paredes terminais cai e as gotas de água juntar-se umas às outras na zona das arestas de ligação entre as paredes espiraladas e as paredes terminais sendo depois arrastadas pela forte corrente fluido animado de movimento de rotação, cuja velocidade atingir o seu valor máximo na zona dessas arestas de ligação anteriormente referidas, e atiradas contra a parede interior do invólucro no interior do qual se encontra colocado o dispositivo caracteristico do invento.
Efeitos do invento presente invento produz os efeitos que serão referidos a seguir.
Não só se realiza uma separação gásâgua graças à acção de uma força centrífuga induzida pelo movimento de rotação de que o fluido estâ animado, como também as gotas de água vão ser obrigadas a juntar-se umas às outras na zona das arestas de ligação entre as paredes espiraladas e as paredes terminais e a velocidade da corrente de fluido ro tativa vai atingir o seu valor máximo na zona das referidas arestas de ligação arrancando as gotas de água da referida zona das arestas de ligação e projectando-se contra a parede interior do invólucro no interior do qual se encontra colocado o dispositivo caracteristico do invento. Em consequência disso o rendimento da separação gás-água torna-se extremamente elevado.
Não se trata apenas de fazer aumentar a velocidade de escoamento da corrente de fluido rotativa mas sim de fazer com a largura do espaço anular se torne mínima na zona das extremidades inferiores das paredes inclinadas a fim de que a velocidade de escoamento da corrente de fluido rotativa se torne máxima em pontos importantes, nomeadamente na zona das extremidades inferiores das paredes inclinadas. Por conseguinte o escoamento rotativo do fluido é relativamente pouco turbulento a montante e a jusante da referida zona evitando-se assim que as gotas de âgua possam ser arrastadas para a abertura de saida juntamente com o gás ou que a superfície da âgua acumulada na zona da válvula de purga possa ser perturbada e assim pudessem provocar um.mau funcionamento da válvula de purga.
Modelo de realização do invento
Se as recomendações que se apresentam a seguir forem tomadas em consideração, serâ possível obter um melhor funcionamento por parte do dispositivo caracteristico do invento e consequentemente melhores resultados.
Se para o lado de cima da extremidade superior de cada uma das paredes inclinadas se formar uma pare de longitudinal que se projecta radialmente a partir da parede periférica exterior do sistema de parede separadora, o fluido que penetra no espaço anular animado de um movimento de rotação vai chocar contra a parede longitudinal, de maneira que parte das gotas de âgua vão chocar contra as paredes longitudinais e aderir a essas mesmas paredes longitudinais separando -se assim do gâs.
Se pelo menos a superfície periférica exterior do sistema de parede separadora que inclui as paredes inclinadas e as paredes espiraladas for formada de maneira a apresentar uma rugèsidade semelhante â da casca de pêra as gotas de água irão aderir mais facilmente â referida super ficie periférica exterior e a velocidade superficial de escoc( mento da corrente de fluido rotativa irá experimentar uma desaceleração moderada na vizinhança da referida superfície, fazendo assim com que seja possível que as gotas de água possam ficar agarradas â referida superfície periférica exterior do sistema de aprede separadora. As gotas de água que ficam deste modo agarradas â superfície periférica exterior do sistema de parede separadora vão juntar-se umas às outras na zona das arestas de ligação, conforme já foi anterior mente descrito, sendo depois arremessadas contra a parede inte^ rior do invólucro no interior do qual se encontra colocado o dispositivo caracteristico do invento. Deste modo é possível separar as gotas de água do seio do gâs fazendo com que estas adiram a uma parede cuja superfície, justamente aquela sobre a qual as referidas gotas de água se vão depositar, apresenta uma rugosidade semelhante à da casca de pera.
Se a periferia exterior da zona da extremidade inferior do sistema de parede separadora se projectar gradualmente de dentro para fora â medida que vai descendo a fim de ir reduzindo a distância em relação à superfície interior da caixa ou invólucro do separador, a velocidade de e_s coamento da corrente rotativa vai aumentar ainda mais nessa zona, promovendo uma separação suplementar de água do seio do gás, indo haver mais gotas de água que vão ser arremessando contra a parede interior da caixa ou invólucro no interior do qual se encontra colocado o dispositivo caracteristico do presente invento. Neste .'.vaso conseguir-se-ão obter o efeito e o tipo de funcionamento pretendidos se o ângulo de inclinação da periferia exterior da zona da extremidade infe-
rior do sistema de parede separadora em relação â vertical apresentar um valor situado entre os 25 e os 50 graus. Mais precisamente poderemos dizer que os melhores resultados são aqueles que se obtêm quando o referido.
A descrição que será apresentada a seguir diz respeito a um modelo de eralização que se encontra apresentado cnos desenhos anexos e que ilustra um exemplo concreto do dispositivo caracteristico do invento.
Breve descrição dos desenhos
A Fig. 1 é uma vista em corte de um separador gás-água de acordo com o presente invento combinado com uma válvula de redução;
a Fig. 2 ê uma vista em corte longitudinal de um sistema de parede separadora;
a Fig. 3 é uma vista em corte, tendo o corte sido encontrado segundo a linha III-III da Fig. 2; e a Fig. 4 ê uma vista em perspectiva do sistema de parede separadora.
modelo de realização que se encontra represnetado na Fig. 1 é uma combinação integral de um separado gás-água
(A), de acordo com o presente invento, com uma válvula de redução (B) para vapor.
A caixa, ou invólucro, do conjunto compreende uma caixa (2) no interior da qual se encontra encerrada uma mola (1) de regulação da pressão; uma;caixa (4) no interior da qual se encontra encerrada uma válvula piloto (3) ; um corpo (6) no interior do qual se encontra encerrada a válvula principal (5); a caixa (8) do separador que determina a formação de uma câmara (7) de separação gás-água; e uma tampa de fundo (9). Estes componentes são formados por meio de vazamento.
Entre a caixa (2) da mola e a caixa (4) da válvula piloto encontra-se situado um diafragma (10) formado por uma folha metálica.
A extremidade inferior da mola (1) de regulação da pressão encontra-se em contacto com a superficis superior do diafragma (10) através de um disco-diafragma (11), ao passo que a extremidade superior de uma cápsula (13) que se acha presa ã haste (12) da válvula piloto (3) se encontra em contacto com a superfície inferior do diafragma. 0 espaço situado acima dp diafragma (10) encontra-se em comunicação com o exterior através de uma passagem (14), ao passo que o espaço situado abaixo do diafragma (10) se encontra ligado através de uma passagem (15) a uma abertura de saida (23) que será oportunamente descrita.
Existe um parafuso de regulação (17) que se acha fixado ao etcto da caixa (2) da mola através de um casquilho (16) de aço inoxidável e que é imobilizado por meio de uma contraporca (18). Existe uma esfera de aço (20) que se encontra colocada entre o parafuso de regulação (17) e o assento (19) da mola (11) que se acha montado na extremidade superior da mola (1) de regulação de pressão.
A parte do parafuso de regulação (17) que se projecta para o exterior encontra-se coberta com uma tampa de protecção (21) que se vai ligar de forma amovível à caixa (2) da mola por meio de uma união roscada.
corpo (6) é formado com uma abertura de entrada (22) e com uma abertura de saida (23). A abertura de entrada (22) e a abertura de saida (23) encontram-se separadas uma da outra por meio de xuma parede horizontal (24) e estabelecem comunicação uma com a outra através da abertura de passagem (25) existente numa sede de válvula que se encontra fixada por meio de rosca â parede horizontal (24). A válvula principal (5) encontra-se colocada por debaixo da abertura de passagem (25) ao mesmo tempo que é obrigada a manter-se encostada contra a respectiva sede devido à força elástica que sobre ela é exercida por parte de uma mola helicoidal. A extremidade superior da válvula principal (5) acha-se ligada a um êmbolo (26).
A válvula piloto (3) enocntra-se colocada entre uma passagem (27) que vai desembocar na zona da abertura de entrada (22) e uma passagem (28) que vai desembocar num espaço formado por cima do êmbolo (26). A válvula piloto (3) compreende uma haste (12) própria para se deslocar com movimento deslizante através de uma sede (29) e um elemento (30) que se encontra ligado ã extremidade inferior da haste (12) da própria válvula piloto (3). A válvula piloto (3) é empurrada para cima por meio de uma mola. Na passagem (27) encontra-se montado um crivo (31).
êmbolo (26) é próprio para deslizar no interior de um cilindro (32) que se acha montado de forma fixa à periferia interior do corpo (6), e na periferia exterior do êmbolo (26) encontram-se fromados dois rasgos anulares no interior dos quais se acham alojados dois aros feitos de politetraf1uoroetileno (PTFE) que são mantidos sob tensão
por meio de umas molas. 0 êmbolo (26) ainda se acha equipado com um orifício (33) que vai estabelecer uma comunicação entre as superfícies superior e inferior do êmbolo a fim de permitir que uma determinada quantidade de fluido possa passar da parte de cima para a parte de baixo do êmbolo a fim r de ser possível efectuar um controlo da pressão.
Em torno da válvula principal (5) da válvula de erdução (B) encontra-se colocado um sistema (34) de parede separadora dupla de forma genericamente cilindrica. Este sistema compreende uma parede exterior perfeitamente cilíndrica que se acha situada a um nível mais baixo do que aquele a que se encontra situada uma parede interior aproximadamente cilíndrica que é ligeiramente divergente na zona das suas extremidades superior e inferior. No lado de fora do sistema (34) de parede separadora encontra-se colocado um crivo (35). No lado de dentro do sistema (34) de parede separadora encontra-se colocada uma guia (36) que ê for? mada em torno do eixo central do sistema (34), ao qual se encontra ligado por intermédio de uns raios, que ê formada solidariamente com o sistema (34) isto ê, de maneira a constituir juntamente com este uma peça única, e que é própria para guiar a parte inferior da válvula principal (5). A abertura de entrada (22) acha-se ligada através do crivo (35) a um espaço anular (37) que é formado entre as duas paredes cilíndricas do sistema (34) de parede separadora, ao mesmo tempo que a parte de dentro do sistema (34) de parede separadora se encontra ligada â abertura de saida (23) através da abertura de passagem (25) da válvula principal (5).
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14No espaço anular (37) encontram-se situadas umas pâs de rotação (38), isto é, umas pâs capazes de conferirem um movimento de rotação de fluido que entra no sistema de parede separadora, que são formadas solidariamente com o sistema (34) de parede separadora, ou seja, de maneira a formarem com este uma peça única. 0 sistema de parede separadora, incluindo as pâs (38), é formado por vazamento de acordo com o processo de cera perdida e a superfície das suas paredes apresentam um acabamento rugoso semelhante à rugosidade da casca de pera. E evidente que pode ser utilizado outro método de vazamento ou então um processo de enformação por corte ou qualquer outro processo com a condição porém de que pelo menos a superfície periférica exterior das paredes do sistema de parede separadora apresente um acabamento rugoso.
De acordo com o método de vazamento pelo processo de cera perdida adoptado neste modelo de realização, a rugosidade da superfície das paredes de sistema de parede separadora é de 15 a 60 yim em termos de uma altura máxima Rm3V de acordo com as JIS (B 0601). Se a superficie das paredes apresentar um acabamento rugoso tal que a rugo sidade não seja inferior a 10R v então conseguirá obter-se um bom efeito de separação. As superfícies que sdeverão apresentar uma rugosidade semelhante à da casca de pera encontram-se indicadas nas figuras pela letra de referência (C).
Conforme se encontra representado a escala aumentada nas Figs. 2 a 4, cada uma das pâs de rotaçã (38) é composta por uma parede longitudinal (39) que se projecta radialmente a partir da extremidade superior do cilindro interior do sistema (34) de parede separadora e em direcção â extremidade superior do cilindro exterior do referido sistema (34) de parede separadora, por uma parede inclinada (40) que apresenta uma inclinação obliquo descendente e que
se desenvolve a partir da extremidade inferior da parede longitudinal (39) ficando colocada enter as apredes cilíndricas exterior e interior do sistema de parede separadora e por uma parede espiralada (41) que é formada na superfície superior da parede inclinada (40) desenvolvendo-se em forma de espiral e em direcção ao cilindro exterior a partir do cilindro interior. No espaço anular (37) encontram-se formadas cinco pâs de rotação (38). Uma das extremidades ternn nais da parede espiralada (41) encontra-se ligada a uma pare de terminal radial (42) de modo a determinar com esta última a formação de uma aresta viva.
A parte inferior do cilindro interior do sistema (34) de parede separadora expande-se gradualmente â medida que vai descendo e vai terminar na vizinhança e a uma predeterminada distância da parede interior do cilindro exterior. 0 ângulo de inclinação Θ desta parte inferior de cilindro interior em relação à vertical apresenta o valor de 35 graus. Se o ângulo de inclinação 0 apresentar um valor compreendido entre 25 e 50 graus será possível obter-se um bom efeito de separação.
A tampa inferior (9) é fixada por meio de parafusos â extremidade inferior da caixa (8) do separador de gás-água (A) de maneira a determinar juntamente com esta a formação da câmara (7) da válvula de purga. No interior da câmara (7) encontra-se colocada uma bõia esférica (43).
Na extremidade interior de uma abertura de descarga ou purga (45) existente na tampa inferior (9) encontra-se fixada a sede (44) da válvula de purga. A bõia (43) é coberta por uma campânula (46) que apresenta uma abertura de ligação (47) formada na parte de baixo da campânula. 0 número de referência (48) designa um orifício de respiração praticado na parte de cima da
campânula (46) de bóia.
fluido que entra através da abertura de entrada (22) é animado com um movimento de rotação que lhe é conferido pelas paredes inclinadas (40) das pás de rotação (38). As gotas de água que se encontram contidas no seio do fluido são arremessadas para fora e separadas pela acção da força centrífuga. As paredes longitud^ nais (39) fazem com que o fluido acabado de entrar no sistema de parede separadora caia perpendicularmente e vá desviar a corrente animada de movimento de rotação que é criada pelas paredes inclinadas (40), fazendo diminuir a velocidade de escoamento da corrente animada de movimento de rotação e obrigando esta corrente a deflectir mais para baixo. Ao mesmo tempo parte das gotas de água vão chocar contra as paredes longitudinais (39) e ficar agarradas ã superfície destas mesmas paredes longitudinais (39).
As paredes espiraladas (41) servem para dirigir a corrente rotativa mais para fora do que segundo a direcção tangencial do espaço anular (37). Na zona da extremidade inferior das paredes inclinadas (40) a largura do espaço anular (37) torna-se mínima e a velocidade de escoamento torna-se máxima. Uma vez que as extremidades terminais das paredes espiraladas (41) se encontram ligadas às paredes terminais radiais (42) de maneira a determinarem com estas últimas a formação de arestas vivas, a largura de espaço anular (37) vai experimentar uma súbita expansão a partir das arestas de ligação entre as paredes espiraladas (41) e as paredes terminais (42). Consequentemente o fluido animado de movimento de rotação vai experimentar uma redução de pressão nas zonas situadas junto ãs paredes terminais e as gotas de água que ficaram agarradas â superfície das paredes espiraladas vão acumular-se na zona das arestas de ligação.
As gotas de água assim acumuladas vão ser arrancadas da referida zona das arestas de ligação pela forte corrente de flui
do animado de movimento de rotação e atiradas contra a parede interior da caixa (8) (inclusive também contra a parede interior do cilindro exterior do sistema (34) de parede separadora) .
As gotas de âgua assim separadas vão escorrer ao longo da parede periférica interior do cilindro exterior do sistema (34) de parede separadora e do invólucro ou caixa (8). 0 gâs que tiver passado para a extre midade inferior do sistema (34) de parede separadora vai passar para o lado de dentro do referido sistema (34) de parede separadora e deslocar-se em direcção à válvula principal (5) da válvula de redução (B) indo depois sais em direcção à abertura de saida (23), ao passo que a água separada vai penetrar no interior da campânula (46) da boia através da abertura de ligação (47) desta mesma campânula. Nesse preciso momento o gás que se encontra presnete no interior da campânula (46) da bóia sai através do orifício de respiração (48). A bóia (43) sobe e desce acompanhando o nível da água indo abrir e fechar a abertura da sede (44) da válvula de purga não permitindo que através da abertura de descarga (45) saia outra coisa senão água para fora da válvula de purga.
Claims (3)
- REIVINDICAÇÕES lâ. - Separador gás-âgua compreendendo um sistema de parede separadora cilíndrica que se encontra situado na parte superior de uma caixa de maneira a que entre o sistema de parede separadora e a parede da caixa no interior da qual se encontra colocado o sistema de parede separadora se vâ formar um espaço anular, uma série de pás de rotação, isto ê, capazes de conferirem um movimen to de rotação ao gás que entra no separador, que se encon tram situadas no referido espaço anular, encontrando-se as partes superior e inferior do referido espaço anular e a passagem tubular interior do referido sistema de parede separadora em comunicação com uma abertura de entrada, com a câmara de uma válvula de purga e com uma abertura de saida, respectivamente, caracterizado por o referido separador de gás-âgua incluir umas paredes inclinadas de forma obliqua e descendente e umas apredes espiraladas, indo cada uma das referidas paredes espiraladas projectar-se de dentro para fora gradualmente a partir da extremidade superior de cada uma das referidas paredes inclinadas e em direcção â extre midade inferior da respectiva parede inclinada e ligar-se na zona da extremidade inferior da correspondente parede inclinada a uma parede terminal radial de modo a determinar com esta última a formação de uma aresta viva, encontrando-se as referidas paredes inclinadas e as referidas paredes espiraladas formadas sobre uma parede periférica exterior do referido sistema de parede separadora.-1925. - Separador gás-água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir ainda umas paredes longitudinais que se projectam radialmente a partir da parede periférica exterior do referido sistema de parede separadora, indo as referidas paredes longitudinais desenvolver-se de baixo para cima a partir da extremidade superior das referidas paredes inclinadas.
- 3â. - Separador gás-água, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por pelo menos a superfície periférica exterior da parede do referido sistema de parede separadora ser formada de maneira a apresentar uma rugosidade semelhante à da casca de pêra.
- 4ã. - Separador de gás-água, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a periferia exterior da extremidade inferior do referido sistema de parede separadora se projectar gradualmente de dentro para fora à medida que vai descendo a fim de ir reduzindo a distância em erlação a uma superfície interior da caixa do separador e de maneira a que o ângulo de inclinação que a periferia exterior da referida extremidade inferior faz em relação à vertical se encontre compreendido entre os valores de 25 e 50 graus.Lisboa, 13 de Fevereiro de 1986
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