INFORME Nº 3 DE TRANSFERENCIA DE CALOR “EVAPORADOR DE TUBOS CORTOS”
Profesor: - Rona! San"#e$a% In&e'ran&e: - Caros Car os Afre!o Torres Torres Arro(o% 1
INDICE O)*e&+,o
P'+na 3
In&ro!#..+/n
P'+na 0
Mar.o Te/r+.o
P'+na 1
D+a'ra2a !e E,aora!or
P'+na 4
Aara&os Aara&os ( A..esor+os A..esor+os
P'+na 5
Baan.e !e Ener'6a
P'+na 78
Pro.e!+2+en&o E9er+2en&a
P'+na 70
Da&os E9er+2en&aes
P'+na 71
Pro.eso !e C.#o
P'+na 7
Res#2en !e A)re,+a.+ones
P'+na 80
B+)+o'raf6a
P'+na 81
2
Objetivo
Cara.&er+$ar e E;#+o
o)a !e Transferen.+a !e Caor% o Ren!+2+en&o !e E,aora!or en #n+!a!es !e
3
Introducción
Un “E,aora!or !e T#)os Cor&os” es #n In&er.a2)+a!or !e Caor en&re F#+!os !e 2o!o ;#e 2+en&ras #no !e eos se enfr6a !+s2+n#(en!o s# &e2era&#ra e o&ro se .a+en&a asan!o "a)+&#a2en&e !e s# es&a!o 6;#+!o or+'+na a es&a!o ,aor sa&#ra!o% La f#n.+/n !e #n E,aora!or es searar #n !+so,en&e ,o&+ !e #n so#&o no ,o&+ or 2e!+o !e a ,aor+$a.+/n !e !+so,en&e% Los e,aora!ores se fa)r+.an en 2#( !+,ersos &a2aos ( .on !+s&+n&as !+sos+.+ones s+en!o e2eaos en 'ran .an&+!a! en os ro.esos &r2+.os% Para !e&er2+nar as .on!+.+ones /&+2as !e #n E,aora!or se !e)e &ener en .#en&a #na 'ran .an&+!a! !e fa.&ores ara o)&ener !e es&a 2anera #n e;#+o ;#e &en'a #na rea.+/n /&+2a en&re ren!+2+en&o !e e,aora.+/n e.ono26a ( .a+!a! !e ro!#.&o% Den&ro !e es&as .on!+.+ones se !e)e &ener .aro .#aes son as ,ar+a)es f#n!a2en&aes !e s+s&e2a
!e e Coef+.+en&e !e Trans2+s+/n !e Caor
4
Marco Teórico Evaporador
Un E,aora!or .ons+s&e )s+.a2en&e !e #n +n&er.a2)+a!or !e .aor .aa$ !e "er,+r #na so#.+/n ( !e searar a fase ,aor !e 6;#+!o en e)#+.+/n% La e,aora.+/n es #no !e os r+n.+aes 2&o!os #&++$a!os en a +n!#s&r+a ;#62+.a ara a .on.en&ra.+/n !e !+so#.+ones a.#osas% Nor2a2en&e +2+.a a seara.+/n !e a'#a o !e #n !+so,en&e ,o&+ !e #na !+so#.+/n 2e!+an&e a e)#+.+/n !e a 2+s2a en #n re.++en&e a!e.#a!o e e,aora!or .on seara.+/n !e ,aor% E &+o !e e;#+o #&++$a!o !een!e en 'ran 2anera !e 2&o!o se'n e .#a se a+.a e .aor a so,en&e ;#e se !esea e,aorar ( a s# ,e$ !e 2&o!o !e a'+&a.+/n ;#e re;#+era n#es&ro ro.eso% La .aefa..+/n #e!e ser !+re.&a o +n!+re.&a% C#an!o se #&++$a #n soo e,aora!or e ,aor ro.e!en&e !e a e)#+.+/n !e 6;#+!o se .on!ensa ( se !esre.+a% Es&e 2&o!o se !eno2+na e,aora.+/n en efe.&o s+2e% S+ e ,aor ro.e!en&e !e #n e,aora!or se +n&ro!#.e .o2o a+2en&a.+/n a a .a*a !e ,aor !e #n se'#n!o e,aora!or ( e ,aor ro.e!en&e !e s&e se e,a !es#s a #n .on!ensa!or a oera.+/n re.+)e e no2)re !e !o)e efe.&o ( s# ren!+2+en&o es .er.ano a !o)e !e a e,aora.+/n !e #n efe.&o% Pro.e!+en!o en a for2a +n!+.a!a se #e!en a!+.+onar 2s efe.&os% Evaporador de Tubos Cortos Verticales
Es #no !e os r+2eros e,aora!ores +n!#s&r+aes ;#e se +n,en&aron s# r+n.+a #so en a a.&#a+!a! es a e,aora.+/n !e *#'o !e a .aa !e a$.ar .on e f+n !e .on.en&rar e $#2o !e !+."a an&a% Cons+s&e en #n .#ero .++n!r+.o r6'+!o !e or+en&a.+/n ,er&+.a en .#(o +n&er+or se en.#en&ra #n "a$ !e &#)os ,er&+.aes .or&os% En e .en&ro !e "a$ !e &#)os se en.#en&ra #n 'ran .on!#.&o !e +'#a a&#ra ero !e #n !+2e&ro 2a(or !eno2+na!o a!2+s+/n !es.en!en&e e .#a &+ene or f#n.+/n re.+r.#ar e 6;#+!o 2as fr6o .on e f+n !e o)&ener s# f#&#ra e,aora.+/n &en+en!o en .#en&a ;#e a 2a(or ar&e !e a e)#+.+/n se ro!#.+r en os &#)os e;#eos !e for2a ;#e e 6;#+!o as.+en!a a &ra,s !e eos ( re&orne or e .on!#.&o !es.en!en&e% To!a es&a 'ran es&r#.&#ra .+6n!r+.a se en.#en&ra ro!ea!a !e #na .a2+sa a+san&e .on e f+n !e !+s2+n#+r a r!+!a !e ener'6a or !+s+a.+/n en e s+s&e2a%
5
C#an!o a &ra,s !e #n &#)o f#(e ,aor !e a'#a ( !+."o &#)o se en.#en&ra s#2er'+!o en #n re.++en&e 6;#+!o se for2an e;#eas )#r)#*as !e ,aor !e #na 2anera .o2e&a2en&e a a$ar en a s#erf+.+e +n&er+or !e os &#)os .or&os% E .aor ;#e asa a &ra,s !e a s#erf+.+e !e &#)o !on!e no se for2an )#r)#*as en&ra or .on,e..+/n a 6;#+!o ;#e o ro!ea ro,o.an!o #na for2a.+/n !e )#r)#*as en e 6;#+!o !e a+2en&a.+/n% C#an!o se "a !esarroa!o s#f+.+en&e f#er$a as.ensor+a en&re a )#r)#*a ( e 6;#+!o s&a se +)era !e as f#er$as ;#e a 2an&+enen a!"er+!a a &#)o ( s#)e a a s#erf+.+e !e re.++en&e% Para ;#e es&a .on!#.&a re,ae$.a e 6;#+!o !e)e es&ar 2as .a+en&e ;#e s# &e2era&#ra !e sa&#ra.+/n en a )#r)#*a !e +n.++en&e !e 2anera ;#e a res+/n !e sa&#ra.+/n !en&ro !e a )#r)#*a sea 2enor ;#e a ;#e e 6;#+!o ro!ea% Para ;#e no se for2en )osas !e 'ases no .on!ensa)es se ro,ee a .aan!r+a !e #n&os !e #r'a en #'ares es&ra&'+.os !en&ro !e s# rea !e .on&a.&o% E 6;#+!o .on.en&ra!o se re&+ra or e fon!o ./n+.o !e a .ar.asa .+6n!r+.a% En es&e e,aora!or a f#er$a +2#sora ara e f#*o !e 6;#+!o a &ra,s !e os &#)os es a !+feren.+a !e !ens+!a! en&re e 6;#+!o .on&en+!o en e .on!#.&o !es.en!en&e ( a 2e$.a !e ,aor ( 6;#+!o ;#e se or+'+na en os &#)os% La .aan!r+a se en.#en&ra .one.&a!a #na .2ara !e e,aora.+/n .#(a 2+s+/n es e .on!#.+r e ,aor sa&#ra!o "a.+a e .on!ensa!or ;#e se en.#en&ra .one.&a!o a or #na .on!#..+/n .+6n!r+.a !e 'ran !+2e&ro or a ar&e s#er+or a !+."a .2ara% La &ransferen.+a !e .aor se ro!#.e or #na .o2)+na.+/n !e a .on!#..+/n !e .aor or e 2a&er+a !e "a$ !e &#)os ( or e fen/2eno !e .on,e..+/n na&#ra ;#e se ro!#.e en e f#+!o a e,aorar% La .+r.#a.+/n ( a &ransferen.+a !e .aor en es&e &+o !e e,aora!ores se ,en +n2ensa2en&e afe.&a!as or e n+,e ;#e resen&a a so#.+/n a .on.en&rar or e e,aora!or es !e.+r e 6;#+!o ;#e se
6
en.#en&ra en s# +n&er+or o'rn!ose os .oef+.+en&es !e &ransferen.+a !e .aor 2s a&os .#an!o e n+,e !e 6;#+!o a.an$a #na a&#ra .er.ana o s#er+or a a 2+&a! !e os &#)os% Las re!#..+ones +'eras !e n+,e or !e)a*o !e /&+2o !an .o2o res#&a!o e 2o*a!o +n.o2e&o !e as are!es !e os &#)os .on #na &en!en.+a 2a(or a ens#.+a2+en&o !e ( a #na re!#..+/n r+!a !e a .aa.+!a! !e e,aorar ;#e &en'a !+."o e;#+o% Las ,en&a*as ;#e oseen os e,aora!ores !e &#)os .or&os ,er&+.aes fren&e a o&ros e,aora!ores son: E Coef+.+en&e !e &ransferen.+a !e .aor es ee,a!o .on !+feren.+as a&as !e &e2era&#ra% E esa.+o ;#e o.#a a .2ara !e e,aora.+/n es e;#eo% La e+2+na.+/n !e os res+!#os s/+!os ;#e se ro!#.en en e ro.eso es sen.+a ( !e for2a 2e.n+.a% E .os&o !e e,aora!or no es ee,a!o%
Las !es,en&a*as ;#e oseen os e,aora!ores !e &#)os .or&os ,er&+.aes fren&e a o&ros e,aora!ores son: Maa &ransferen.+a !e .aor .on !+feren.+as )a*as !e &e2era&#ras ( a &e2era&#ras )a*as% Ee,a!o eso !e e;#+o% Maa &ransferen.+a !e .aor .on f#+!os <6;#+!os= ,+s.osos% Re&en.+/n rea&+,a2en&e a&a%
Las 2e*ores a+.a.+ones !e os e,aora!ores !e &#)os ,er&+.aes .or&os se ro!#.en ara: L6;#+!os +2+os% Pro!#.&os .r+s&a+nos s+ se #&++$a #na "+.e% L6;#+!os rea&+,a2en&e no .orros+,os #es&o ;#e e .#ero es 'ran!e ( .os&oso s+ se .ons&r#(e !e 2a&er+aes ;#e no sean "+erro .oa!o o a.ero !#.e% So#.+ones .on for2a.+/n +'era !e es.a2as ;#e re;#+eran +2+e$a 2e.n+.a #es&o ;#e os &#)os son .or&os ( !e !+2e&ros 'ran!es%
7
Diagrama del Evaporador de Tubos Cortos Verticales del Laboratorio de Operaciones Unitarias LO!U"
8
#paratos $ #ccesorios del Evaporador de Tubos Cortos Verticales del Laboratorio de Operaciones Unitarias LO!U" C%mara de Cale&acción o Calandria' Es #n .#ero .+6n!r+.o !e a.ero for*a!o en .#(o +n&er+or se en.#en&ran 3G &#)os !e a.ero !e 1G 22 !e !+2e&ro ( 00 .2 !e ar'o ( #n &#)o .en&ra !e 7GG 22 !e !+2e&ro ( 00 .2 !e ar'o e ,aor !e .aefa..+/n ena os &#)os 2+en&ras ;#e e 6;#+!o a e,aorar .+r.#a en e esa.+o en&re e e9&er+or !e os &#)os ( a .ar.a$a !e a .2ara% E ar'o !e a Caan!r+a es !e 00 .2 ( s# !+2e&ro es !e 11 .2% E ,aor !e .aefa..+/n !e)e en&rar a a .aan!r+a en&re 1 ( 7G s+%
C%mara de Evaporación' S# ar'o es !e 7GH .2 ( s# !+2e&ro es !e 11 .2% Se en.#en&ra ro!ea!a or #na .a2+sa reena .on ana !e ,+!r+o .on e f+n !e !+s2+n#+r as r!+!as !e ener'6a or !+s+a.+/n% S# 2+s+/n es a !e &ransor&ar e ,aor ro!#.+!o en a .aan!r+a "a.+a a .2ara !e .on!ensa.+/n%
Condensador Multitubular ( ) * de Tubo Vertical' Es !e &+o 2#&+&#)#ar 8 9 7 es !e.+r 8 &#)os ;#e &ransor&an #n f#+!o en fr6o ( 7 ;#e o "a.e en .a+en&e !e 7HG .2 !e ar'o .on 83 .2 !e !+2e&ro% S# f#n.+/n es ro!#.+r #n .on!ensa!o a ar&+r !e ,aor sa&#ra!o o so)re.aen&a!o !een!+en!o !e efe.&o !e e,aora!or ro,en+en&e !e a .2ara !e e,aora.+/n or 2e!+o !e .on&a.&o !e ,aor .on #na s#erf+.+e .#(a &e2era&#ra es& or !e)a*o !e a !e sa&#ra.+/n%
9
Estan+ues de #cumulación de Condensado' Son 8 es&an;#es .#(a 2+s+/n es a !e .a&ar e .on!ensa!o ;#e sae !e .on!ensa!or 2#&+&#)#ar 8 9 7 ( or o&ro a!o ro2er e ,a.6o ;#e se ro!#.e en e s+s&e2a% S#s !+2ens+ones son !e ar'o 7GG .2 ( !e !+2e&ro 8G .2%
,omba de Vació' S# r+n.+a f#n.+/n es a !e ro!#.+r ,a.+/ en e s+s&e2a or 2e!+o !e a s#..+/n !e a+re ;#e se en.#en&ra !en&ro !e s+s&e2a .on e f+n !e "a.er ;#e a res+/n a)so#&a !e s+s&e2a sea 2enor ;#e a res+/n a&2osfr+.a +2+.an!o #na )a*a en e #n&o !e e)#+.+/n !e so,en&e a#2en&an!o or en!e e 'ra!+en&e !e &e2era&#ra en&re e ,aor .on!ensan&e ( e 6;#+!o "+r,+en&e a#2en&an!o e ren!+2+en&o !e ro.eso en .#es&+/n% S# o&en.+a 29+2a !e &ra)a*o es !e 8 P%
Caldera' S# f#n.+/n es ro!#.+r e ,aor !e .aefa..+/n ;#e a+2en&ar a e,aora!or es !e &+o +ro&#)#ar 2#&+&#)#ar .on !e 3 &#)os 2anes2an .#(o !+2e&ro ( ar'o son 1G%4 22 ( 71GG 22 !e ar'o !e !+sos+.+/n "or+$on&a s# .aa.+!a! !e .o2)#s&+)e es !e 87 ?'@r !e >as Na&#ra% La s#erf+.+e !e
10
.aefa..+/n !e a .a!era es !e 77 2 8 s# res+/n !e &ra)a*o es !e HG s+ s# ro!#..+/n !e ,aor es !e 81G ?'-,aor@"r% Den&ro !e as .ara.&er6s&+.as .on as ;#e sae e ,aor !es&a.an a res+/n a)so#&a <0104 ?'r @ .2 8= &e2era&#ra <70H º C= Po!er .aor6f+.o <G7H ?.a @ ?'= ( e ,o#2en ese.6f+.o
-ittings $ accesorios utili.ados en el sistema +ue engloba al Evaporador de Tubos Cortos'
o o o o o o o o o
(/ codos de /01 de *2(345 3 bridas5 ( mirillas5 / uniones americanas5 ( v%lvulas de 6lobo5 * v%lvula 7elenoide5 *( v%lvulas de ,ola5 * manómetro ,ourdon 2+!e a res+/n !e ,aor !e .aefa..+/n% * vacuómetro ,ourdon2 2+!e a res+/n !e ,a.6o en a .2ara !e
e,aora.+/n% 8 medidores de Nivel !os en e es&an;#e !e .on!ensa!o ( #no en a .2ara !e e,aora.+/n% o
11
,alance de Energ9a para :El Evaporador de Tubos Cortos4
Para efe.&o !e ..#os se &o2ar .o2o e,aora!or !e &#)os .or&os soo a a .aan!r+a 2s a .2ara !e e,aora.+/n% En e e,aora!or o.#rre #n ro.eso !e &ransferen.+a !e 2asa en e ;#e #n .o2#es&o asa &o&a o ar.+a2en&e !e #na fase a o&ra%
Líquido Vapor
C#(a E.#a.+/n >enera ara e Baan.e !e Ener'6a ser: G Acumulación Tiempo
; Entrada Tiempo
Salida < Tiempo
Formación = Tiempo
Desaparición < Tiempo
Ana+$an!o .a!a ro.eso or seara!o se &+ene ;#e:
o
Acumulación Tiempo dE
dE dt
dH dt
dH .#an!o a rea..+/n se en.#en&ra en fase 6;#+!a
12
Entrada R H bc F H ew Tiempo
Salida R H bcc L H sc G H sv Tiempo
Formación 0 Tiempo esaparición Q perd Tiempo
Ree2a$an!o as ,ar+a)es en a e9res+/n 'enera ara e )aan.e !e 2asa se &+ene ;#e: Acumulación Tiempo
dH dt
; Entrada Tiempo
< Salida Tiempo
Desaparición < Tiempo
R H bc F H ew R H bcc L H sc G H sv
Ana+$an!o n#es&ro s+s&e2a en Es&a!o Es&a.+onar+o se &+ene ;#e: dH dt
0
&en+en!o en .#en&a ;#e !e Baan.e !e Masa se &+ene ;#e: F G
(
L
0
La E9res+/n referen&e a Baan.e !e Ener'6a nos ;#e!a: R H bcc H bc F H sv
H ew
Co2o e ,aor !e a'#a soo &ransf+ere s# .aor a&en&e
H bcc H bc
Por o &an&o: Q
R
F
H
sv
H ew
13
!rocedimiento E)perimental
7= A)r+r a a,e !e a+2en&a.+/n 2an#a2en&e "as&a a.an$ar e n+,e !e a'#a !e &ra)a*o ,er+f+.an!o re,+a2en&e ;#e as a,es !e es&an;#e !e .on!ensa!o ;#e se ,a a #&++$ar es&n a)+er&as% 14
8= A)r+r a a,e !e a'#a !e enfr+a2+en&o !e .on!ensa!or% 3= A)r+r a a,e !e ,aor !e .aefa..+/n "as&a a res+/n !e &ra)a*o-en #n ran'o !e 1 a 7G s+- a .#a se !e)e 2an&ener .ons&an&e !#ran&e a e9er+en.+a% 0= A .on&+n#a.+/n se a)re a a,e !e a+2en&a.+/n !e seo !e a'#a !e a )o2)a !e ,a.6o ( os&er+or2en&e se en.+en!e s&a re'#n!ose e n+,e !e ,a.6o ara rea+$ar a e9er+en.+a en&re 1 a 71 '% !e '% 1= Una ,e$ ;#e e e;#+o "a a.an$a!o s# r'+2en se #e!e .o2en$ar a &o2ar os !a&os !e a .orr+!a% = Se efe.&#arn !os .orr+!as !e 7G 2+n#&os .a!a #na en&re as .#aes se ,ar+ar a res+/n a +n&er+or !e a .2ara% D#ran&e a .orr+!a se re.o'er ( esar e .on!ensa!o !e ,aor !e .aefa..+/n se re'+s&rar a a&#ra +n+.+a ( f+na !e .on!ensa!o en e es&an;#e ( se 2e!+r a &e2era&#ra !e a'#a !e a+2en&a.+/n% H= A &er2+nar a e9er+en.+a r+2ero .or&ar e s#2+n+s&ro !e ,aor #e'o e ,a.6o ( f+na2en&e e a'#a !e enfr+a2+en&o ero soo .#an!o a &e2era&#ra !e s+s&e2a es&e .er.ana a a !e a2)+en&e%
Datos E)perimentales *> Corrida' !resión de Vac9o
7G #' '% 15
!resión del Vapor de Cale&acción Masa del Vapor de Cale&acción Condensado Tiempo de la Corrida #ltura de Tan+ue
1 s+% 701 K' 7G 2+n% 0G .2
(> Corrida'
!resión de Vac9o !resión del Vapor de Cale&acción Masa del Tiempo de la Corrida #ltura de Tan+ue
1 #' '% 1 s+% 7GH1 ?' 7G 2+n% 31 .2
!roceso de C%lculo !ara la *> Corrida
16
La Pres+/n ;#e se o.#ar ara )#s.ar a &e2era&#ra !e en&ra!a !e ,aor !e .aefa..+/n ser a res+/n .on a ;#e en&ra 2s #na a&2/sfera es !e.+r: 1 s+% 70%5 s+% 75%5 s+
1atm 14.696 psi
1.033
!"
cm 2 atm
!" # bc 1.3845 2 cm
Con es&a res+/n o!e2os en&ra en as &a)as &er2o!+n2+.as ara o)&ener a &e2era&#ra a a ;#e ,+ene e ,aor !e .aefa..+/n !n!onos &ras #na +n&eroa.+/n 7G4%0 ºC es !e.+r: T bc
108.4
º C
De +'#a for2a ero es&a ,e$ en&ran!o or &e2era&#ras se &+ene ;#e a En&a6a !e Vaor !e Caefa..+/n !e en&ra!a ser: kcal H bc 641.88 Kg
e !e Vaor !e Caefa..+/n Con!ensa!o ser: kcal Kg
H bcc 108.52
.o2o e .aor a&en&e &ransfer+!o or e ,aor !e a'#a es:
H bcc H bc
Se &+ene ;#e: kcal 641.88 - 108.52 Kg
kcal 533.37 Kg
E F#*o Mas+.o 2e!+o e9er+2en&a2en&e ara es&a .orr+!a es: R
16.45 !" 10
min
!" min
R 98.7
17
A+.an!o a e.#a.+/n !e !+seo !e #n e,aora!or !e &#)os .or&os en f#n.+/n !e os .aores a&en&e ( or en!e !e s#s en&a6as se &+ene ;#e: Q R
!cal !"
Q 98.7 533.37
!cal !"
Q 52644
Para e Area &o&a !e &ransferen.+a !e .aor se &+ene ;#e &ener en .#en&a ;#e son 3G &#)os !e !e 1G 22% !e !+2e&ro ( 00 .2% !e ar'o s#2a!o a #n &#)o .en&ra !e 7GG 22% !e !+2e&ro ( 00 .2 or o &an&o e rea ser: ATbo! Delgado
2 $ R L m 2
ATbo! Delgado
2 30 0.025 0.44 m 2
ATbo!
Delgado
2.0733
m
2
ATbo"nc#o
2 R L m
ATbo"nc#o
2 0.05 0.44 m 2
ATbo"nc#o
2
m
0.13823
2
AT ATuboAnc%o ATuboe lg ado "T
"
2.0733 0.13823 m T
2.22
m
2
2
Por !a&os e9er+2en&aes se &+ene ;#e a &e2era&#ra !e Vaor E,aora!o a ar&+r !e !+so,en&e ,o&+
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1 10 min
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1 . 59
Nomenclatura
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23
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2
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A: Area !e Transferen.+a !e Caor m !
2
: Ef+.+en.+a !e E,aora!or !e T#)os Cor&os
,ibliogra&9a
Oera.+ones !e Transferen.+a !e Masa Ro)er& Tre()a%
Transferen.+a !e Caor os Manr+;#e%
Pro.esos !e Transferen.+a !e Caor Dona! ?ern%
24
Pro)e2as !e In'en+er6a en #62+.a O.on ( To*o%
F#*o !e F#+!os e In&er.a2)+o !e Caor Le,ens+e%
Pro.esos !e &ransor&e ( oera.+ones #n+&ar+as >eanKo+s%
Oera.+ones Un+&ar+as en In'en+er6a #62+.a Qarren M. Ca)e%
Transferen.+a !e Caor o2an%
25
