INFORME 6 viscosidad

LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

INTRODUC En el pre res sen ente te in info form rme e se da a con onoc ocer er la pr prác ácti tic ca de lab abo ora rato tori rio o correspondiente a la viscosidad de los líquidos. La viscosidad representa la resistencia que ofrecen al flujo o a la deformación cuando están sometidos a un esfuerzo cortante, cuanto mayor es la viscosidad, más lenta es su velocidad de flujo. Esta experiencia es muy importante en el sentido industrial debido a que esta se fundamenta mucho en leyes físicas y químicas que nos permite entender porque tal compuesto es más espeso que otro, o porque un compuesto es utilizado como lubricante,etc. El fin del laboratorio laboratorio de esta semana semana trata de determinar determinar la viscosidad viscosidad de los líquidos experimentalmente aplicando la ley de oiseuille de esta ecuación despej des pejand ando o la constan constante te de vis viscos cosida idad d enc encont ontram ramos os que la viscosid viscosidad ad depe de pend nder erá á de la te temp mper erat atur ura a y la densid densidad ad de líq líqui uido do de po porr lo cual cual se obtendrá esos datos experimentalmente.

INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

1

LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

OBJETIVOS  !eterminar el coeficiente de viscosidad de distintos líquidos.  !eterminar la relación de la viscosidad, temperatura y densidad de los líquidos.


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

EQUIPO Y MATERIALES Y EQUIPOS

IMAGEN

MATERIALES Y EQUIPOS

"oporte universal

cronometro

#iscosímetro de $st%ald

icnómetro

&ermómetro

'alanza

#aso de precipitados

()ua

ron

alcohol

IMAGEN

Fuente: Elaboración propia INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

MARCO Viscosidad La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. ( causa de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obli)ar a una capa de fluido a deslizar sobre otra. En la fi)ura, se representa un fluido comprendido entre una lámina inferior fija y una lámina superior móvil.

La capa de fluido en contacto con la lámina móvil tiene la misma velocidad que ella, mientras que la adyacente a la pared fija está en reposo. La velocidad de las distintas capas intermedias aumenta uniformemente entre ambas láminas tal como su)ieren las flechas. *n flujo de este tipo se denomina laminar. +omo consecuencia de este movimiento, una porción de líquido que en un determinado instante tiene la forma ('+!, al cabo de un cierto tiempo se deformará y se transformará en la porción porción ('+!. "ean dos capas de fluido de área S que distan dx y y entre las cuales existe una diferencia de velocidad dv .

La fuerza por unidad de área que hay que aplicar es proporcional al gradiente de velocidad. La constante de proporcionalidad se denomina viscosidad η . INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

-/000000000. En el caso particular, de que la velocidad aumente uniformemente, como se indicó en la primera fi)ura, la expresión -/ se escribe

En la fi)ura, se representan dos ejemplos de movimiento de un fluido a lo lar)o de una tuberí tubería a horizo horizonta ntall alimen alimentad tada a por un depós depósito ito )rande )rande que que contien contiene e líqui líquido do a nive nivell cons consta tant nte. e. +uan +uando do el tubo tubo hori horizo zont ntal al está está cerra cerrado do todo todos s los tubos manom1tricos dispuestos a dispuestos a lo lar)o de la tubería marcan la misma presión p=p0 + rgh. (l abrir el tubo de salida los manómetros re)istran r e)istran distinta presión se)2n sea el tipo de fluido. fl uido.

Fluido ideal *n fluido ideal -fi)ura de la izquierda/ sale por la tubería con una velocidad, de acuerdo con el teore teorema ma de &orricel rricelli. li. &oda la ener)ía ener)ía potencial potencial disponible -debido a la altura h/ se transforma en ener)ía cin1tica. (plicando la ec ecuac uación ión de 'er 'ernou noulli lli podemo podemos s fácilm fácilment ente e compro comprobar bar que la altura altura del líquido en los manómetros debe ser cero.


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

Fluido viscoso En un fluido viscoso -fi)ura de la derecha/ el balance de ener)ía es muy diferente. (l abrir el extremo del tubo, sale fluido con una velocidad bastante más más pequ peque3 e3a. a. Los Los tubo tubos s mano manom1 m1tr tric icos os marc marcan an altu altura ras s decr decrec ecie ient ntes es,, informándonos de las p1rdidas de ener)ía por rozamiento viscoso. En la salida, una parte de la ener)ía potencial que tiene cualquier elemento de fluido al iniciar el movimiento se ha transformado ínte)ramente en calor. El hecho de que los manóme manómetro tros s marque marquen n presio presiones nes sucesi sucesiva vamen mente te decrec decrecien ientes tes nos indica que la p1rdida de ener)ía en forma de calor es uniforme a lo lar)o del tubo i!co!i"a" "e al#uno! l$%ui"o!

·10-2kg/(ms)

Líquido Aceite de ricino Agua Alcohol etílico licerina #ercurio

120 0.105 0.122 1!".! 0.15"

Ley de oiseuille: En un tubo circula un líquido viscoso viscoso 4 de radio 5 y lon)itud lon)itud L, tomando un cilindro interior cualquiera de radio r.

r

dr

=

–

dF = −η A

dv dr

2

= −η ( 2π rL )

dv dr


6

LABORATORIO 06:

( P 1 − P 2 )π r

2

VISCOSIDAD

( 2π rL )

= −η

dv ⇒

( P 1 − P 2 ) r

dr

dr =

− dv ⇒

2η L

v & r %

= −

( P 1 − P 2 ) r 2

+c

$η L

(plicando condiciones condiciones iniciales r 6 5 y v 6 7

v&r % =

( P 1 − P 2 ) $η L

( R

2

− r 2 )

(e aprecia la relaci)n cuadrática que depende del radio* es má+imo en el centro &r , 0% y ,

v0

=

vdAdt =

vmaxima

dV dt

v0

( P 1 − P 2 ) ( R 2 − r 2 ) $η L

=

( 2π rdr ) dt

( P 1 − P 2 ) ( R 2 − r 2 ) ( 2π rdr ) $η L

Es el caudal que atraviesa un fluido conocida como Ley de oiseuille

∫ dQ =

R 2π ( P 1 − P 2 ) 

$η L

$  π R ∆ P rdr − ∫ r dr  ⇒ Q =  ∫ R rdr 'η L 0 0  R

2

!


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

PROCEDIMI 1. Determinamos Determinamos la densidad densidad de agua, alcohol y ron con el método del picnómetro a una temperatura de 23°C.

Dato teórico Capacidad del picnómetro:50m pi cnómetro:50mL L

Tabla ! Ma"a" #e lo" l$%&i#o" &tili'a#o" ()ic*o(et ()ic*o(etro . ()ic*o(etro . ()ic*o(etro ro +,-

 0 1 2 3 Pro(e #io E" σ Ea

a,&a

alco/ol

. ro*

88 8:.: 8:.8 88 8:.< 8:.?9

+,9:.: 9:.8 9:. 9:.= 9: 9:.::

+,;<.= ;<.8 97.= 97.< ;<.: ;<.99

+,;:.9 ;8.< ;=.= ;>.= ;8.: ;8.<9

7.7= 7.8
7.7= 7.<:8=89>

7.7= 7.;?<>=8?

7.7= .7;7<979?

7.=<> 7.=<

7.:99 7.:<

.=> .=

.?7? .?

∆

Fuente: Elaboracion propia

79.88 ± 1.15

73.98 ± 1.61


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

Tabla 2: DENSIDAD DEL AGUA

magua  !mpicnometro " agua# $ ! mpicnometro# 2

¿ +(¿ ) 0.29 ¿ +(¿ ( 82.22 ± 0.29 )−( 32.68 ± 0.59 ) ¿  magua  √ ¿ 49.54 ± ¿ 0.59 2

magua  ρ=

49.54 g ± 0.65

magua 49.54 g = ± 0.65 = 0.99 g / mL volumen 50 mL

ρ =

!"#$!"T%

49.54 g magua = ± 0.65 = 0.99 g / mL volumen 50 mL

&$!'T!: Elaboración propia Densidad del agua=( 0.99 ± 0.65 ) g / mL

Tabla 3:

DENSIDAD DEL ALCOHOL

malco%ol  !mpicnometro " alco%ol# $ ! mpicnometro# 2

¿ +( ¿ ) 1.15 ¿ +(¿ ( 79.88 ± 1 . 15 )−( 32 . 68 ± 0 . 59 ) ¿ malco%ol   √ ¿ 47 . 20 ± ¿ 0 . 59 2

malco%ol  ρ =

47 . 20 g ± 1 . 29

m alcoho alcoholl 47.20 g = ± 1.29 = 0.944 g / mL volumen 50 mL


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

ρ=

!"#$!"T%

m alcoho alcoholl 47.20 g = ± 1.29 =0.944 g / mL volumen 50 mL

&$!'T!: Elaboración propia

Tabla (:

DENSIDAD DEL RON

mron  !mpicnometro " ron# $ !mpicnometro# 2

¿ +( ¿ ) 1.61 ¿ +(¿ ( 73.98 ± 1.61 )−( 32.68 ± 0.59 ) ¿  mron  √ ¿ 41.3 ± ¿ 0.59

2

mron 

41.3

g ± 1.71

Densidad del alcohol=( 0.944 ± 1.13 ) g / mL mron g = 41.3 ± 1.71 =0.826 g / mL ρ = volumen 50 mL

ρ=

!"#$!"T%

mron 41.3 g = ± 1.71 =0.826 g / mL volumen 50 mL


Tabla 3! &e'ultado' ρ

ρ

ρ

A#ua

( 0.99 ± 0.65) g / mL

Alco&ol

(0.944 ± 1.29) g / mL

Ron

(0.826 ± 1.71) g / mL


Densidad del ron=( 0.826 ± 1.71) g / mL &$!'T!: Elaboración propia

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

'( Se )ertió )ertió a#ua a te*per te*peratu atura ra a*bient a*biente e en el )i!co!$ )i!co!$*et *etro+ ro+ &a!ta &a!ta %ue !e llenó el bulbo ,(

FIGURA N- .

B&lbo C

FUENTE: [email protected])spot.peApAblo)Bpa)e.html

/( Se in!u0lo in!u0lo aire por por la ra*a ra*a anc&a anc&a &a!ta &a!ta %ue el l$%ui"o l$%ui"o a!cien a!cien"a "a por el capilar llenan"o el bulbo &a!ta el punto A( a!$ *i!*o !e tapó la ra*a "el#a"a para e)itar %ue el l$%ui"o "e!cien"a( 1( Se "e!tapo "e!tapo la la ra*a anc&a anc&a 2 !e !e *i"ió el el tie*po tie*po en el cual cual el l$%ui"o l$%ui"o "e!cien"e "e!"e el punto A al punto 3 "e la 0i#ura N-.( 4( Se repit repitió ió e!te proce proce"i "i*i *ien ento to para para el Alco&o lco&oll 2 para para el Ron+ Ron+ lo! "ato! 0ueron anota"o! en la tabla N- .(

5( Se#ui" Se#ui"a*e a*ente nte !e reali6 reali6ó ó

e!te e!te *i!*o *i!*o proce"i* proce"i*ien iento to para para ca"a l$%ui"o a una te*peratura *a2or a la "e la te*peratura a*biente+ para ello !e utili6ó el ba7o *ar$a 2 lle#ar a la te*peratura "e!ea"a 2 !e to*ó el tie*po en el cual el l$%ui"o "e!cien"e "el punto A al punto 3 "e la 0i#ura N- '+ lo! "ato! 0ueron anota"o! en la tabla N- .(


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

FIGURA N- '

&$!'T!: http://fisitecablo!spotpe/p/blo!"pa!eht#l

TA3LA 5 :!atos :!atos de la se)unda experiencia

%)$% T amb

%*C++* T =46 ℃

8 ''(4-,

T amb

8 '/-,

T =56 ℃

ta,&a +"-

Ta,&a +"-

Talco/ol+"-

Talco/ol +"-

.

8>.7>

:;.79

:<.=?

=.>?

'

8.>;

:;.7;

:<.=?

>.;?

/

8:.8

:;.7?

:<.:

8.<7

1

88.8=

:;.7=

:<.>;

>.<7

4

8:.><

:;.7<

:<.8;

=.7;

8:,;8:

:;,7;

:<,>8>

>,99

.88

7.>

7.:

7.;;

´t t ∆ t


DISCUSIÓN INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

En la experiencia de hallar la viscosidad de encontró un porcentaje de error del :=C de donde se se deduce que este resultado supero supero el máximo límite de error permitido -7C/ lo cual nos indica que hubo un error elevado probablemente se deba a un error error en la toma de medidas medidas -error -error estaciona estacionario/ rio/ o en la toma de datos de la temperatura, tiempo. El m1todo del picnómetro es un m1todo muy exacto, además con ayuda de una bala balanz nza a anal analíti ítica ca los los valo valore res s de los los peso pesos s son son más más exac exacto tos s y se pued puede e determinar la densidad muy próxima a la teórica para así poder hallar las viscosidades a diferentes temperat raturas. or lo observa rvado en las las experi experimen mentac tacion iones es realiz realizada adas s la viscos viscosida idad d en el a)ua a)ua act2a act2a de manera manera inversa con respecto a la temperatura.

CONCLUSI INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

 "e concluye que la viscosidad de un líquido depende en proporción indi indire rect cta a de la temp temper erat atur ura a es decir decir a meno menorr temp temper erat atur ura a mayor mayor viscosidad y a mayor temperatura menor vistosidad.  "e conc concluy luye e que que los los líqu líquid idos os con con dens densid idad ades es simi simila lare res s pued pueden en pres presen enta tarr visc viscos osid idad ades es muy muy dife difere rent ntes es.. or or ejem ejempl plo o la dens densid idad ad perman permanece ece de la temper temperatu atura ra de un líquid líquido, o, pero pero la viscos viscosida idad, d, en )eneral, cambia notablemente con la temperatura.

SU4ERENCI  ara calcular calcular mejor mejor la medida de la temperatur temperatura a del líquido líquido a trabajar trabajar se recomiend recomienda a medir constante constantemente mente la temperatu temperatura ra del líquido líquido porq porque ue la temp temper erat atur ura a vari varia a cont contin inua uame ment nte e y para para toma tomarr la temperatura final se recomienda realizar realizar el respectivo respectivo promedio. INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

 ara calcular el tiempo de paso del punto ( al punto ' se recomienda tener una mayor mayor precisión precisión porque porque esto afectara afectara en el cálculo cálculo de los resu result ltad ados os fina finale les s del del expe experi rime ment nto o así así como como tamb tambi1 i1n n esto esto nos nos perjudicara en el cálculo de porcentaje de error pues pues solo se acepta acepta un ± 7C de error para cual se debe reducir los errores.

RE6ERENCI  5ob 5obert ert 5es 5esnic nicD, D, !av !avid id al allid liday ay -:7 -:77>/ 7>/.. Fí Fís sic ica a 4t 4ta a. Edic ició ión n Vol. 1. +E+"(, F1xico  "er%ay "er%ay,, 5aymond (.G He%ett, Hohn I. -:77>/. Physics for Scientists and Engineers -?th Engineers -?th ed. edición/.  &ipler, aulG Lle%ellyn, 5alph -:77:/. Modern Physics ->th Physics ->th ed. edición/. I. . Jreeman.


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LABORATORIO 06:

EALU,ION:

VISCOSIDAD

ANE7OS

1. eemplac eemplace e los -alores -alores en la ecuación 3/, 3/, tomando tomando como dato la -iscosidad teórica del agua para la temperatura corre correspo spondi ndient ente, e, T ambien ambiente te y 0°C 0°C respec respectiti-ame amente nte,, escriba sus resultados en la siguiente tabla.


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

η H 2 2 O

TA3LA 9: ρ H 2 2 O∗t ( H 2 O ) s

6

η ALCOHOL ALCOHOL

∗32.732 s 0.94 g /ml ∗29.434 s

0.9908g /ml

1.005 cP

6

η ALCOHOL

η ALCOHOL

0.656 cP

η ALCOHOL

ρalcohol∗t ( ( alcohol ) s

6 0.93 cP 6

0.9908 g /ml 0.94

∗27.07 s

∗14.818 s

η ALCOHOL=0.4 cP

propia FUENTE: Elaboración FUENTE: Elaboración TA3LA 5: 5esultados 5: 5esultados ηagua (Tamb )

.77=c

(agua !) 46*C#

7.?=? c

(alco%ol !)am+#

7.<8c

(alco%ol !) 56*C#

7.>c

FUENTE: Elaboración FUENTE: Elaboración propia

FIGURA N- /


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

&$!'T!:Huan francois !*L$"&EBescuela de in)eniería mecánica *L( pa!eht#l

FIGURA N- /:IS,OSIA EL ETANOL

&$!'T!: [email protected]

2. Calcul Calcule e los error errores es porcent porcentual uales es para cada caso. caso. "i el resultado sale mayor al 1, usti4i5ue. Tabla 6:

Calc$lo %e error


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

!""O" =

#ALO" T!O"$CO−#ALO" !%P!"$&!'T !%P!"$&!'TAL ∗100 #ALO" T!O"$CO

ηalcohol ( T amb )( 23 ( C )

!""O"=

1.2

− 0.93 1.2

∗100=22

ηalcohol ( T =56 ( C )

!""O" =

0.592

−0.44

0.592

∗100 =25

!"#$!"T%

25


E;plicación: La razó razón n por por el cual cual se tiene tiene un porc porcen enta taje je de erro errorr elev elevad ado o es varia variada da probablemente se deba a un error en la toma de medidas -error estacionario/, el error de cada instrumento de medición utilizadoG así mismo las condiciones de temperatura y la re)ulación re)ulación de ella pudieron afectar este resultado, resultado, de i)ual manera manera el error pudo estar estar afectado afectado por el ba3o maría, el cual posiblem posiblemente ente no fue fue el adec adecua uado do.. En )ene )enera rall es una una suma suma de erro errore res s que que en esta esta experiencia nos brinda un porcentaje de de error mucho mayor. mayor.

3. 7n-est 7n-estigu igue e acerca acerca de los tipos tipos de lubric lubricant antes es utili8 utili8ado ados s en autos y la relación de los lubricantes con la temperatura. INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

(l)unos tipos de lubricantes@ lubricantes@ Sint: &iene ienen n un cont conten enid ido o míni mínimo mo de base bases s mine minera rales les del del petr petróle óleo o modi modifi fica cada das s en labo labora rato tori rios os para para bala balanc ncea earr su comp compos osic ició ión n mole molecu cula larr y dar dar prop propie ieda dade des s dife difere rent ntes es a las las base bases s mine minera rale les. s. (demás tienen )ran protección en altas y bajas temperaturas. La prin princi cipa pall vent ventaj aja a en el desp despe3 e3o o de los los acei aceite tes s sint sint1t 1tic icos os es su aplic aplicaci ación ón en un amplio amplio ran)o ran)o de tempe temperat ratura uras s de servic servicio. io. Los sint1ticos sint1ticos tienen una mayor mayor resistenc resistencia ia y )ran estabilidad estabilidad t1rmica t1rmica bajo una )ran variedad de temperaturas de operación. Se*i!intetico! =*ulti#ra"o!>: Esto stos lubr lubric ican ante tes s tamb tambi1 i1n n llam llamad ados os en parte arte sint1 int1ti tic cos o parci parcialm alment ente e sint1t sint1tico icos, s, son result resultant antes es de la combin combinaci ación ón de un lubricante mineral con un C como máximo de un lubricante sint1tico. El lubricante semisintetico esta formulado para tener muchas de las caracterí característica sticas s beneficios beneficiosas as de los lubricantes lubricantes sint1ticos sint1ticos pero sin tener el elevado precio de los mismos. Minerale! =*ulti#ra"o!>: Estos proceden y son elaborados del petróleo por eso su ori)en es C natural. natural. Los aceites aceites base de tipo mineral están constituidos constituidos por tres tipos de compuestos@ parafinados, naftalenicos y aromáticos, siendo los primeros los que se encuentran en mayor proporción -?7 a ;7C/, por por tener tener las mejore mejores s propie propiedad dades es lubric lubricant antes, es, pero pero siempr siempre e hay compuestos naftalenicos y aromáticos que aportan propiedades que no tiene tienen n las las para parafin finas as como como el buen buen comp compor orta tami mien ento to a baja bajas s temperaturas, el poder disolvente, etc. Mono #ra"o!: Este tipo de aceite mono )rado tiene un )rado de viscosidad como base, se usaba en motores carburados, los cuales por su s bajas revoluciones solo lle)aban a temperaturas no mayores a 9= )rados centí)rados.

(. Determine Determine el coe4iciente coe4iciente de -iscosidad -iscosidad para una me8cla 5ue contenga 0 agua destilada 9 0 de ron. INFORME DE LABORATORIO – FISICA II

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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD

&omamos un volumen K, por lo tanto el volumen de cada líquido será de KA: y hallamos la densidad de la mezcla con los datos experimentales. ρme)cla=

ρ agua + ρron 2

=

0.99

+ 0.826 2

=0.908 g / mL

&omamo mamos s los los tiem tiempo pos s obte obteni nido do de cada cada líqu líquid ido o y obte obtene nemo mos s el promedio. t me)cla=

t agua + t ron 2

= 32.732

+ 30.1

2

= 31.416 s

(hora hallamos el coeficiente coeficiente de viscosidad mediante mediante oisuille. η1 ρ1 t 1

=

η2 ρ2 t 2

*tilizamos de referencia los datos experimentales del a)ua@ g ∗32.732 s mL 1.005 c* = ηme)cla g ∗ 31.416 s 0.908 mL 0.99

ηme)cla=0.88 cP


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LABORATORIO 06:

VISCOSIDAD


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INFORME 6 viscosidad

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