NORMA CHILENA OFICIAL
NCh2247.Of95
Cilindros para gases comprimidos - Ensayo de presión hidrostática
Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh2247 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, dentro de un programa de estudio de normas de gases comprimidos; en ella han participado las empresas y personas naturales siguientes: Academia Nacional de Bomberos AGA Chile S.A. Empresa de Ferrocarriles del Estado Fábricas y Maestranzas del Ejército, FAMAE Fuerza Aérea de Chile, Comando Logístico INDURA S.A., Industria y Comercio Instituto de Investigaciones y Control del Ejército de Chile, IDIC S.A. Instituto de Salud Pública, ISP Instituto Nacional de Normalización, INN Oficina Nacional de Emergencia, ONEMI S.G.S. Chile Ltda. Fuenzalida P. Juan A.
Eduardo Burgos O. Daniel Silva C. Manuel Muñoz H. Claudio Salas G. María Cecilia Araya Ramón Gallardo C. José L. Núñez M. Washington Lazo B. Florín Moreno Z. Hugo Brangier M. Alfredo Saleh M. Francisco Vílchez Ch. Juan A. Fuenzalida P.
I
NCh2247 La norma NCh2247 se ha estudiado dentro de un convenio con las empresas del sector de "Gases Comprimidos", con el objeto de fijar requisitos y un procedimiento normalizado para este ensayo, con miras a calificar la permanencia en servicio de los cilindros de gases comprimidos. Esta norma está basada en la norma de la Compressed Gas Association, CGA C-1 "Methods for Hydrostatic testing of Compressed Gas Cylinders" con la cual concuerda parcialmente. El anexo no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a título informativo. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 14 de Diciembre de 1993. Esta norma ha sido declarada norma Chilena Oficial de la República por Resolución Nº19, de fecha 09 de Enero de 1995, del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción, publicada en el Diario Oficial Nº35.076 del 25 de Enero de 1995.
II
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh2247.Of95
Cilindros para gases comprimidos - Ensayo de presión hidrostática
1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece los requisitos para el ensayo de presión de los cilindros de gases comprimidos, por medio del uso de una camisa de agua, así como el método para efectuarlo. 1.2 Esta norma se aplica a los cilindros para gases comprimidos que deben inspeccionarse según NCh2244, para determinar la expansión volumétrica total y la expansión volumétrica permanente de estos cilindros. 1.3 Esta norma se usa, también, para determinar con exactitud la expansión elástica, parámetro que está directamente relacionado con el espesor de pared promedio del cilindro. NOTA - En general, un aumento de la expansión elástica indica una reducción del espesor de pared promedio.
2 Referencias NCh2244 NCh2274
Gases comprimidos - Inspección visual de cilindros de acero. Gases comprimidos - Disposición de cilindros declarados inutilizables, con contenido conocido.
3 Principio del método El método de ensayo de los cilindros por medio de una camisa de agua y buretas de nivel consiste, esencialmente, en: a)
encerrar el cilindro, que se somete a ensayo, suspendido, en un recipiente lleno de agua, recipiente que está provisto de las conexiones y accesorios necesarios;
1
NCh2247 b)
aplicar la presión hidrostática de ensayo correspondiente, en el interior del cilindro;
c)
medir el volumen total de agua desplazada desde el recipiente por la expansión del cilindro bajo el efecto de la presión;
d)
medir el volumen de agua desplazada desde el recipiente por la expansión residual del cilindro, al cesar la presión en el interior del cilindro.
Los volúmenes medidos representan la expansión volumétrica total (ET) y la expansión volumétrica permanente (EP) del cilindro que se ensaya. NOTA - Un cilindro que ha sido manejado adecuadamente en su uso, retiene sus condiciones originales, a menos que haya sufrido daños o que haya sido atacado por la corrosión.
4 Requisitos para ensayo con exactitud 4.1 Significado del ensayo 4.1.1 El elemento importante de este método es la capacidad para determinar la expansión total y la expansión permanente de un cilindro, así como el porcentaje de expansión permanente. 4.1.2 Es necesario extremar el cuidado, para tener la certeza que todas las partes del equipo están funcionando apropiadamente y que se obtienen resultados exactos; de otra forma, el ensayo no es válido. 4.1.3 Si las lecturas de expansión obtenidas son muy altas, como podrían ser causadas por un manómetro incorrecto, puede suceder que se rechace un cilindro con espesor de pared suficiente. 4.1.4 Si, por el contrario, las lecturas de volumen de agua desplazada son muy bajas, puede suceder que se mantenga en servicio un cilindro con una pared peligrosamente delgada. NOTA - Estas lecturas muy bajas podrían deberse a: una fuga en el recipiente de camisa de agua o en las conexiones o accesorios, una lectura de igual nivel en la expansión total y en la permanente, o por no haber tomado en cuenta el nivel "cero".
4.1.5 Los errores en cualesquiera de las direcciones señaladas pueden deberse a variación de la temperatura del agua entre el recipiente de camisa de agua y el cilindro. 4.1.6 La importante experiencia obtenida en estos ensayos ha mostrado que la cantidad de cilindros que fallan es baja. Por ello, es necesario tener la certeza que estos cilindros serán detectados.
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NCh2247 4.2 Características y posición de las buretas de medición 4.2.1 Las buretas de medición deben ser ajustables, de tal modo que el nivel de agua en las buretas estén al mismo nivel cuando se vean las lecturas del cero, de la expansión total y de la expansión permanente (ver figura 1). 4.2.2 El nivel de agua en las buretas debe estar colocado sobre el punto más alto del sistema de recipiente "camisa de agua" y tuberías de conexión. 4.2.3 La bureta para medición de la expansión total del cilindro debe poder leerse con una exactitud mayor o igual a ± 1%. 4.2.4 El indicador del punto de referencia debe estar en posición tal que las lecturas de las buretas se obtengan a nivel de los ojos del observador. 4.2.5 Las lecturas correctas de nivel en las buretas son las que corresponden a la parte inferior del menisco del agua en las buretas.
4.3 Errores en la medición Cualquier diferencia en la altura del nivel de agua en las buretas pueden causar un error considerable, cuando se obtienen las lecturas del nivel cero, de la expansión total y de la expansión permanente. a) Un nivel de agua mayor produce un aumento de presión dentro del recipiente de camisa de agua, de tal modo que se expande el recipiente y la tubería conectada y se produce una compresión de cualquier cantidad de aire que pudiera estar atrapado en el recipiente o en la tubería. b) El diseño del circuito del recipiente y tubería debe ser tal que la parte superior del recipiente y la instalación de la tubería tengan una pendiente continua hacia arriba, con una válvula de purga en el punto más alto, para disminuir a un mínimo la posibilidad de quedar aire atrapado en el circuito. c) El aire que ha permanecido atrapado durante todo el ensayo, como el que se mantiene bajo la zona cóncava del cilindro, no afecta la exactitud del ensayo si las lecturas se toman a la misma altura.
4.4 Calibración del equipo de ensayo a) Para comprobar la exactitud del equipo de ensayo y de la operación misma debe usarse un cilindro calibrado cuya expansión elástica, a presión conocida, haya sido determinada dentro de una exactitud de ± 1%. b) El equipo de ensayo debe ser calibrado: b.1)
cada mes, si se usa frecuentemente;
b.2)
cada vez que vaya a ser usado, si se usa esporádicamente;
3
NCh2247 b.3)
cada vez que haya dudas respecto a su exactitud;
b.4)
cada vez que el valor de expansión permanente registrada en un ensayo esté en la cercanía del límite de rechazo, sea por exceso o por defecto.
c) El cilindro calibrado debe ser contrastado, y certificado, con un aparato de ensayo a base de masas patrones, a lo menos, una vez cada 5 años, o contra otro cilindro calibrado que haya sido contrastado y certificado contra un aparato de ensayo a base de masas patrones, dentro de los últimos 5 años.
4.5 Manómetros Los manómetros deben cumplir con las características siguientes: a) la escala de medición debe tener un intervalo tal que las presiones de ensayo queden comprendidas entre el 25% y el 75% del valor máximo de la escala; b) la resolución (división mínima de lectura) del instrumento debe corresponder a no más del 2,5 del valor máximo de la escala; c) el manómetro indicador debe concordar con el instrumento de calibración dentro de una variación de ± 1% del valor de la presión de ensayo; d) el manómetro registrador, cuando se use, debe ser ajustado de tal modo que corresponda a los parámetros del manómetro indicador.
4.6 Calibración de manómetros a) Los manómetros deben contrastarse, contra un manómetro patrón, a lo menos una vez cada 6 meses. b) Los manómetros patrones deben contrastarse y certificarse a lo menos una vez cada 24 meses.
4.7 Cilindro que se ensaya El cilindro que se ensaya debe estar suspendido de la cubierta del recipiente "camisa de agua" o dispuesto de manera tal que esté en libertad de expandirse en todas direcciones.
4.8 Temperaturas La diferencia entre la temperatura del agua del cilindro y la del agua de la "camisa de agua" debe ser igual o menor que 2°C, para prevenir una desviación en las lecturas de las buretas.
4.9 Construcción del equipo Los aparatos que constituyen el equipo deben ser construidos y utilizados de modo tal que se disminuya a un mínimo la presencia de burbujas o bolsas de aire.
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NCh2247 Las válvulas, tuberías, accesorios de unión y todas las conexiones deben ser herméticas mientras se tiene al cilindro bajo ensayo.
4.10 Tiempo de aplicación de la presión La presión de ensayo debe ser mantenida por un tiempo de, a lo menos, 30 s y tanto como sea necesario para asegurar la expansión completa del cilindro. a) Si, debido a una falla del equipo de ensayo, no es posible mantener la presión de ensayo, puede repetirse el ensayo a una presión aumentada en 10% o en 0,7 MPa (7 bar), cualesquiera de los valores que sea menor. b) Cuando se repita el ensayo, el aumento de presión debe estar limitado a no más del 10% de la presión de ensayo mínima especificada. c) Cualquier presión interna que se aplique al cilindro, antes del ensayo mismo, tal como la que se aplica para comprobar fugas, no debe exceder del 90% de la presión de ensayo especificada.
5 Instrucciones generales para operación del equipo de ensayo 5.1 Procedimiento 5.1.1 En la figura 2 se presenta un diagrama esquemático, típico de instalación para el ensayo de expansión volumétrica por "camisa de agua". En la práctica, el equipo de ensayo puede ser distinto, siempre que se obtengan resultados similares a los que se obtienen con este equipo de ensayo. 5.1.2 Luego de la inspección de la rosca del cilindro para válvula y del llenado con agua, aplicar el procedimiento de ensayo que prescribe el fabricante del equipo, teniendo presente las limitaciones siguientes: a) El equipo debe purgarse del aire que pudiera estar atrapado en el circuito. b) Cuando el nivel de agua en la bureta se ajusta a "cero", observarlo durante 10 s; si está estable, proseguir el paso siguiente: NOTAS 1)
Si el nivel de agua baja de "cero" en la bureta (T), comprobar si hay fugas en el sistema de "camisa de agua" y/o si hay variación en las temperaturas.
2)
Si el nivel de agua sube de "cero" en la bureta (T), se está filtrando agua hacia el recipiente "camisa de agua" o la temperatura de agua no es uniforme.
3)
Cuando se utiliza agua potable de la red, es conveniente tener un depósito de agua (R) o aislar la presión de agua de la red mediante una válvula de corte.
5
NCh2247 c)
Luego de ajustar a "cero", aumentar la presión en el cilindro hasta, aproximadamente el 75% de la presión de ensayo, registrando este valor y comprobando si hay fugas.
d)
Si hay fuga buscar su causa y suprimirla; luego repetir el procedimiento desde el comienzo y observar si hay fugas.
e)
Si no hay fugas, elevar la presión hasta el valor de ensayo y ajustar la bureta de modo de leer la expansión total, luego de observar su estabilidad durante 30 s; ajustar de nuevo para leer la expansión permanente, (ver figura 1).
f)
Terminado el ensayo, vaciar el cilindro aprobado y secarlo , antes de poner la válvula.
g)
Si no se aprueba el cilindro, proceder según se dispone en la norma NCh2274.
5.2 Recomendaciones para evitar errores comunes que pueden encontrarse en los equipos de ensayo a base de "camisa de agua" y al operar estos equipos 5.2.1 La operación del equipo de ensayo debe hacerse siguiendo una buena práctica; "cualquier fuga de agua debe ser considerada importante y ser suprimida". 5.2.2 Para comprobación periódica de la exactitud de los equipos debe tenerse disponible un aparato de ensayo a base de masas patrones o un manómetro patrón o un cilindro calibrado. 5.2.3 Las buretas de control deben mantenerse limpias. El punto de referencia debe ser colocado a un nivel conveniente para que el operador pueda leer con exactitud. En todas las lecturas, el menisco de la columna de agua debe ser colocado a nivel del punto de referencia, con exactitud. 5.2.4 La llave de purga para eliminar el aire, debe ser instalada en el extremo más alto de la "camisa de agua". 5.2.5 La conexión a la bureta debe ser de un material de naturaleza tal y estar instalada de manera tal que no se produzcan doblados de ángulo agudo cuando la bureta se levante o se baje. 5.2.6 Las bombas, válvulas, elementos de conexión y tubería deben ser de tamaño adecuado e instalados y mantenidos apropiadamente y con cuidado. 5.2.7 Los manómetros, válvulas de operación, etc., deben ser instalados de forma tal que la operación y las lecturas puedan hacerse apropiadamente y con exactitud. 5.2.8 El agua para el ensayo debe ser limpia, sin arena ni materias orgánicas. Las temperaturas del agua en el cilindro y en el recipiente (camisa de agua) deben mantenerse tan cerca como sea posible, una de otra, mientras se efectúa el ensayo, con el objeto de prevenir la ocurrencia de impulsos o errores en las lecturas de expansión.
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NCh2247 5.2.9 La "camisa de agua" debe mantenerse limpia y libre de sedimento, debiendo ser drenada y sometida a limpieza en forma periódica. 5.2.10 La eventual suciedad que pueda haber en la superficie externa del cilindro que va a ensayarse debe ser eliminada, totalmente, antes de colocar el cilindro en el interior de la camisa de agua. 5.2.11 Los manómetros y el cilindro calibrado sólo deben ser usados a las presiones a las cuales han sido calibrados. 5.2.12 El equipo de calibración debe ser utilizado tan seguido como sea necesario para asegurarse que la operación es apropiada. 5.2.13 Nunca debe usarse el manómetro registrador como manómetro de referencia. 5.2.14 Los manómetros indicador y registrador, que se usan en la misma línea, deben tener el mismo intervalo de medición. 5.2.15 La "camisa de agua" debe ser de tamaño adecuado e instalada de modo que pueda ser operada convenientemente y con eficiencia.
6 Uso y cuidado de un cilindro calibrado 6.1 Instrucciones para el uso 6.1.1 Un cilindro calibrado es un equipo construido de modo que no tiene expansión permanente a la presión de ensayo para la cual ha sido calibrado, según se muestra en la carta de calibración que lo acompaña. El cilindro calibrado continuará expandiéndose al mismo volumen y volverá a su volumen original cuando se alivia la presión, mientras: a) el cilindro no haya sido sometido a presión excesiva; b) el cilindro no haya perdido espesor, debido a corrosión o deterioro; c) el cilindro no haya sufrido daño físico; d) el cilindro no haya estado sometido a temperatura de congelación del agua cuando estaba lleno de agua; e) el cilindro no haya sufrido exposición al fuego. 6.1.2 Un cilindro calibrado es un instrumento de medida y debe ser recalificado, según se dispone en 4.4, letra c), de esta norma. 6.1.3 La carta de calibración correspondiente debe mostrar la expansión volumétrica para cada presión de ensayo, en cm3.
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NCh2247 6.1.4 Cuando va a ser usado el cilindro calibrado debe ser mantenido, de preferencia, cerca de los aparatos de ensayo, de modo que las temperaturas del agua, en el cilindro calibrado y en los aparatos de ensayo, permanezcan aproximadamente iguales. 6.1.5 Para comprobar, adecuadamente, el equipo de ensayo, colocar el cilindro calibrado en la "camisa de agua" y aumentar, gradualmente, la presión hasta que la expansión que se indica en la bureta sea igual a la expansión de calibración, a la presión de ensayo. a)
Mantener la presión, en este punto, durante 30 s y, entonces, leer la presión en el manómetro.
b)
La presión manométrica debería indicar la presión de ensayo dentro de una tolerancia de ± 1%.
c)
El equipo de ensayo no debe ser usado para ensayar cilindros hasta que los aparatos estén ajustados, con exactitud, dentro de la tolerancia de ± 1%.
6.1.5.1 Si la lectura de la presión está dentro de la tolerancia de ± 1%, aliviar la presión del cilindro y determinar si el nivel de agua en la bureta retorna a "cero". Si lo hace, los aparatos están exactos y el equipo está listo para ensayar cilindros. NOTA - Si se desea, esta comprobación puede hacerse usando el manómetro para aplicar la presión de ensayo y, entonces, comprobar la expansión, la que debe leerse dentro de una tolerancia de ± 1%.
6.1.5.2 Si la lectura de la presión no está dentro de la tolerancia de ± 1%, o si el nivel de agua no vuelve a "cero", los aparatos no tiene la exactitud necesaria. a) Comprobar el sistema para detectar fugas, escape de aire atrapado, variación de temperatura, bloqueo de las líneas de expansión, etc. b) Si no se encuentra cual es la causa del problema, y se sabe que la bureta tiene la exactitud deseada, probablemente el manómetro está inexacto y debería ser contrastado contra un manómetro patrón o con un aparato de ensayo a base de masas patrones. 6.1.5.3 Si el manómetro se encuentra que está exacto y se demuestra que el sistema es satisfactorio en todos los demás aspectos, debe considerarse que el cilindro calibrado no es exacto y debería ser reemplazado o recalibrado. 6.1.6 Al usar un cilindro calibrado con equipo que no ha sido ensayado anteriormente, es recomendable hacer un ensayo a una presión bien por debajo del valor máximo de calibración del cilindro, en razón que si el manómetro indica una presión baja podría ser que se aplique una presión mayor que la indicada al cilindro y podría cambiar su calibración.
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NCh2247 6.2 Instrucciones para el cuidado 6.2.1 No almacenar el cilindro calibrado en lugares en que haya posibilidad de lograr temperaturas de congelamiento o que pueda ser sometido a una sobrepresión más allá de su calibración. 6.2.2 No utilizar un cilindro calibrado como un elemento para aliviar la presión cuando se está probando un cilindro que se ensaya; tampoco utilizarlo para un propósito distinto del de calibración o para comprobar la exactitud de los aparatos de ensayo. 6.2.3 Entre operaciones de calibración, dejar el cilindro calibrado completamente seco interiormente y cerrarlo, protegiendo la rosca para evitar corrosión y daño. 6.2.4 El cilindro calibrado debe ser protegido exteriormente contra la corrosión y ser identificado en forma especial.
7 Resultados de los ensayos 7.1 Los ensayos permiten obtener valores de expansión total y expansión permanente de los cilindros. La expansión elástica es la diferencia ente la expansión total y la expansión permanente; a una presión dada, la expansión elástica es una medida definida del espesor medio de la pared del cilindro. Ejemplo Nº1 Expansión total Expansión permanente Expansión elástica % de expansión permanente
: : : :
166,0 cm3 3,0 cm3 166,0 - 3,0 = 163,0 cm3 3,0 . 100 = 1,8% 166,0
: : : :
14,5 cm3 0,2 cm3 14,5 - 0,2 = 14,3 cm3 0,2. 100 = 1,4% 14,5
Ejemplo Nº2 Expansión total Expansión permanente Expansión elástica % de expansión permanente
7.1.1 Calcular el porcentaje de expansión permanente por la fórmula:
Ep% =
EP ⋅ 100 ET
en que:
Ep%
= porcentaje de expansión permanente;
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NCh2247 EP
= expansión permanente, cm3;
ET
= expansión total, cm3.
a) Si el porcentaje de expansión permanente excede el valor permitido por la especificación aplicable, el cilindro debe ser rechazado, de acuerdo con NCh2274. NOTA - En general, se considera que la expansión permanente no debe sobrepasar el 10% de la expansión total.
b) El hecho de excederse este porcentaje de expansión permanente indica que el cilindro está cerca del límite plástico; esto puede ser causado por varias razones: adelgazamiento debido a corrosión del metal, cambio en propiedades físicas por calentamiento (exposición al fuego), fragilización, etc. 7.1.2 Un aumento en la expansión elástica, entre uno y otro ensayo, indica una reducción en el espesor medio de la pared del cilindro. 7.1.3 Un cilindro que esté marcado para ser usado al 110% de la presión nominal debe seguir siendo usado, "solamente", al 100% de la presión nominal si la expansión elástica registrada en el ensayo excede del límite establecido por el fabricante del cilindro para el uso al 110% y siempre que esta expansión elástica no exceda el límite establecido para la operación al 100% de la presión nominal. En caso que la expansión elástica exceda del límite establecido para operación al 100% de la presión nominal, el cilindro debe descartarse para su uso en servicio. En las revisiones sucesivas, el cilindro debe cumplir con las características que se exigen para el uso al 100% de la presión nominal.
8 Otros usos opcionales 8.1 En casos especiales en que no pueda usarse el equipo de "camisa de agua" existente, pueden usarse los métodos opcionales siguientes: A. Método directo de expansión volumétrica, o B. Método por retracción de la presión. 8.2 Los métodos mencionados en 8.1 se encuentran descritos en los capítulos 2 y 3 de la norma CGA, C-1 (ver Anexo B, Bibliografía). NOTA - Los métodos mencionados en 8.1 se resumen, en general, como sigue: A.
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Método directo de expansión volumétrica: consiste en determinar la expansión total midiendo la cantidad de agua forzada en el cilindro y la expansión permanente midiendo la cantidad de agua expulsada del cilindro cuando se alivia la presión.
NCh2247 B.
Método por retracción de la presión: consiste esencialmente en someter al cilindro a una presión dada, cortar la presión y observar la retracción de la presión en el cilindro, debido a la expansión permanente de éste.
9 Informe Los resultados del ensayo de presión hidrostática deben registrarse en una planilla u hoja de registro, en la cual se incluya, como mínimo, los datos siguientes: a) identificación del cilindro; b) número de serie del cilindro; c) tipo de cilindro, según su especificación de fabricación; d)
presión de ensayo, kPa (bar);
e) expansión volumétrica, %: - total, - permanente, - elástica. f)
decisión sobre aprobación y rechazo;
g) operador del ensayo; h) observaciones (causa de rechazo, otras); i)
fecha de ensayo;
j)
firma del supervisor correspondiente.
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Anexo (Informativo)
Bibliografía 1. CGA, C-1 "Methods for Hydrostatic Testing of Compressed Gas Cylinders"; Compressed Gas Association, Inc., 6ª edición, 1988.
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NORMA CHILENA OFICIAL INSTITUTO
NACIONAL
DE
NCh
NORMALIZACION
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2247.Of95 INN-CHILE
Cilindros para gases comprimidos - Ensayo de presión hidrostática Compressed gas cylinders - Hidrostatic pressure testing
Primera edición : 1995 Reimpresión : 2000
Descriptores:
envases, cilindros para gas, gases comprimidos, ensayos de presión
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