PLANTA DE TRATAMIENTO EL TABLAZO
CRISTIAN CAMILO GUERRERO CASTRO
UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL AREA DE QUÍMICA SANITARIA POPAYÁ – CAUCA AÑO: 2014
INTRODUCCIÓN
Desde sus inicios, el hombre ha buscado la comodidad y satisfacción de sus necesidades, por medio de la evolución de herramientas, transformación de recursos y búsqueda del conocimiento, lo que le ha permitido llegar a puntos de avance que jamás algún ser vivo pudo imaginar. El agua como principal recurso para la conservación de la vida, ha sufrido junto con la naturaleza las consecuencias de dichos avances y transformaciones, lo que ha llevado al hombre a preocuparse por su mantenimiento y seguro consumo, de allí nace la necesidad de las plantas de tratamiento para agua potable. Concretamente, en la ciudad de Popayán existen en la actualidad tres plantas de tratamiento que abastecen a sus habitantes por medio de procesos con gran influencia de la química, física e ingeniería, que buscan el mejoramiento de la condición de dicho líquido, además de su distribución por cuanto punto esté a su alcance, de allí uno de sus principales objetivos. Según UNICEF 1, en Colombia existe una cobertura en el agua potable del 93%, un valor bajo comparado con el ranking de los países con más agua dulce en el mundo, en el que Colombia ocupa el puesto 6 2. En el actual informe se pretende presentar dichas observaciones aplicadas a una planta en particular: “El tablazo” la planta de tratamiento más importante en la ciudad colombiana Popayán.
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UNICEF, Situación del agua potable en Colombia.
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Según WORLDBANK en su ranking “los ocho países con los mayores volúmenes de agua dulce”
publicado en 2007
OBJETIVO GENERAL
Identificar y conocer las componentes que intervienen en el proceso de potabilización de agua por parte de la planta de tratamiento “El Tablazo” .
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CONTENIDO INTRODUCCIÓN OBJETIVO GENERAL 1. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA …………………………………………………… 1.1. LOCALIZACIÓN DE LA FUENTE DE ABASTECIMIENTO …………………… 2. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO ……………………. 2.1 TIPO DE PLANTA …………………………………………………………………. 2.2 EMPRESA ENCARGADA ………………………………………………………….. 3. DESCRIPCIÓN DE LAS UNIDADES QUE COMPONENE EL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO ………………………………………………………………… 3.1 AIREADOR…………………………………………………………………………. 3.2 SALA DE DOSIFICACIÓN ……………………………………………………….. 3.2.1 ENSAYO DE JARRAS …………………………………………………………... 3.2.2 MEDICIÓN DEL CAUDAL ………………………………………………………. 3.2.2.1 Caudalímetro ultrasónico …………………………………………………….. 3.2.2.1 Método de la regleta …………………………………………………………. 3.3 FLOCULACIÓN ……………………………………………………………………… 3.3.1 TANQUE CON TRUCHAS ………………………………………………………... 3.4 PRIMERA ZONA DE DECANTACIÓN …………………………………………… 3.5 SEDIMENTACIÓN …………………………………………………………………. 3.6 SEGUNDA ZONA DE DECANTACIÓN ……………………………………….. 3.7 FILTRACIÓN ………………………………………………………………………. 3.8 DOSIFICADOR DE CAL …………………………………………………………… 3.9 CLORACIÓN…………………………………………………………………………. 3.10 TANQUES DE CONTACTO ………………………………………………………. 3.11 OFICINA DE CONTROL……………………………………………………………
4. LABORATORIO ………………………………………………………………………. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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1. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA
Anteriormente se nombró a Colombia como el país donde está la planta de tratamiento a analizar, este país está ubicado al noroccidente del subcontinente Suramérica, con cerca de 1.141.748 km^2 de territorio continental y alrededor de 47,7 millones de habitantes según el BM 3.
Figura 1.1 Mapa 1.1 Mapa de Colombia. Fuente: mi primera Encarta 2009
Por su parte, la ciudad de Popayán se encuentra en la región pacífica del país, al suroccidente. Es la capital del departamento del Cauca, con cerca de 227 mil habitantes según el DANE4, y más de 400 mil en el área metropolitana. Figura 1.2 Mapa 1.2 Mapa del Cauca. Fuente: Encarta Premium 2009
La planta de tratamiento convencional “El tablazo” está ubicada el norte de la ciudad de Popayán, construida en 1928 abastece cerca el 80% del total de la población servida.
Figura 1.3 Acueducto 1.3 Acueducto el tablazo en Po a án. án. Fuente: Goo le ma s. 3
BANCO MUNDIAL, cifra corroborada en el año 2012. Página oficial: www.bancomundial.org/ Censo del DANE (Departamento Administrativo Nacional de Estadística) elaborado en el año 2010. Página oficial: www.dane.gov.co/ 4
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Actualmente la planta de tratamiento está diseñada para trabajar con un caudal máximo de 1050 L/s, con los procesos de aireación, floculación, coagulación, decantación, filtración y desinfección, hacen de ésta planta la más importante del departamento con una infraestructura que ofrece una de las mejores aguas del país (ACUEDUCTOPOPAYAN, 2014). En la figura 1.4 se puede observar la entrada principal y panorámica de la planta de tratamiento, sobre la avenida Panamericana al norte de la ciudad.
Fi ura ura 1. 1.4 Entrada a la lanta “El tablazo” iz uier uierda da
anor anorám ámic icaa de la lant lantaa dere derech chaa . Fuen Fuente te:: ro ia
1.1 LOCALIZACIÓN DE LA FUENTE DE ABASTECIMIENTO La fuente directa de abastecimiento de la planta “el tablazo” es el río “las piedras”
ubicado al norte de la ciudad de Popayán. La subcuenca del río piedras tiene una extensión de 6044.5 has, se encuentra en una zona captadora de aguas como lo es el páramo y es una de las más grandes de la región (ver figura 1.5) con una alta captación de agua para todo uso: agrícola, consumo, industrial, etc. Por medio de la gravedad, la bocatoma ubicada en el municipio Florida dos, sobre el río las piedras (ver figura 1.6), transporta el agua hasta el desarenador ubicado muy cerca de ésta, seguidamente por tubería cerrada llega a la planta con un caudal que es controlado por el personal de la planta, se pudo evidenciar al momento de la visita un caudal de entrada de 600 L/s, aunque puede ser mucho mayor.
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Figura 1.5 Población 1.5 Población total por subcuenca en el Cauca. Adaptado de: http://popayan-cauca.gov.co/apcaa-files/32366631656237666436366564333734/Microsoft_Word___FINAL_AMBIENTAL___1_1_.pdf (REVISADO 14/5/14)
Figura 1.6 En 1.6 En mapa bocatoma y municipio de San Isidro, donde desemboca el río “Las piedras”. Adaptado de:
PORTAL. UNICAUCA
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Tabla 1.1 Datos 1.1 Datos básicos del servicio de acueducto y alcantarillado de Popayán. Adaptado de: http://www.acueductopopayan.com.co/institucional (REVISADO 12/5/14)
Previamente se observan algunos parámetros promedio de las tres plantas de tratamiento que hay en la ciudad, en tu rbiedad y color la planta “El tablazo”
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presenta la menor calidad, aunque cumpliendo con el parámetro para aguas potable de la resolución 2115 de 2007.
2. GENERALIDADES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO
2.1 TIPO DE PLANTA La planta de tratamiento de “El tablazo” es de tipo convencional, lo que significa
que involucra todos los procesos de potabilización del agua en el tratamiento del recurso obtenido del río las piedras. Más adelante se especificará en cada uno de ellos. Por su parte toda la planta desde el punto de recolección, es decir, en la bocatoma, hasta la distribución o red de acueducto en la ciudad, funciona por gravedad, las zonas altas ya son cubiertas por la reciente planta de Palacé, la cual abastece cerca del 10% según fuentes extraoficiales aportadas por los trabajadores del lugar.
2.2 EMPRESA ENCARGADA Las tres plantas de tratamiento hacen parte de la empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán SA ESP, encargada de la prestación de servicios y el mejoramiento ambiental de las fuentes de abastecimiento receptoras (expuestas anteriormente en la Tabla 1.1). La división de acueductos se encarga de controlar el manejo de las plantas, haciendo parte de la empresa mayor, cuyo logo se encuentra en la Figura 1.7.
Figuera 1.7 Logo 1.7 Logo de la empresa. Fuente: http://www.acueductopopayan.com.co (REVISADO 14/5/14)
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3. DESCRIPCIÓN DE LAS UNIDADES QUE COMPONENE EL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO 3.1 AIREADOR La planta de tratamiento inicia con el aireador (ver Figura 1.8) en donde el agua llega por un canal de 24 pulgadas, por una tubería de eternit 5, la misma que no está a cielo abierto por la posible contaminación entre la bocatoma y el ingreso a la planta. Inicialmente el proceso consiste en la caída controlada de agua sobre unas escaleras construidas bajo especificaciones, que permiten oxigenar el agua. El caudal de entrada es controlado por un medidor ultrasonido (ampliado más adelante) que envía la información y permite saber el volumen excedente o déficit que podría haber en la tubería, por lo cual se hace uso de tres válvulas que permiten el paso controlado del agua, para regular dicho caudal (ver Figura 1.9). Cabe resaltar además, que al momento de la visita técnica realizada el domingo 11 de Mayo del 2014 a las 8:30 A.M. tan sólo una de las válvulas estaba abierta mientras las otras dos limitaban el paso del agua por orden del personal. Figura 1.8 Aireador. 1.8 Aireador. Fuente: propia
Figura 1.9 Válvula 1.9 Válvula abierta (izquierda) y cerrada (derecha). Fuente: propia 5
En definición, se refiere al tipo de material de fibra de cemento usado en la construcción, cabe resalta que las tuberías de la planta de tratamiento son en hierro y eternit, según personal del lugar. 10
3.2 SALA DE DOSIFICACIÓN En este lugar (Figura 1.10) se realiza la medición de la mayoría de los parámetros para determinar cómo está ingresando el agua a la planta (ver figura 1.11), entre ellos, turbiedad, demanda de oxígeno, conductividad eléctrica y P.H.; así como la aplicación de la solución coagulante, en cuyo caso se usa el Sulfato de aluminio TIPO B. Este tipo de sulfato sirve para precipitar las partículas en suspensión, dejando el agua transparente, además de eliminar agentes contaminantes como color y turbiedad (QUINSA, 2014). Se puede observar en la Tabla 1.2 los resultados de los parámetros en el momento de la visita, nombrados con anterioridad. Fi ura ura 1.10 1.10 Sala de dosificación dosificación.. Fuente: Fuente: ro ia.
PARÁMETRO TURBIEDAD DEMANDA DE OXÍGENO CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA P.H.
RESULTADO 308 NTU 8.68 mg/L CO2 30 microsiemens/cm microsiemens/cm 6.85
Tabla 1.2 Parámetros 1.2 Parámetros antes del tratamiento. Elaboración propia.
Figura 1.11 Equipo 1.11 Equipo de medición de los parámetros del agua antes del tratamiento. Fuente: propia
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3.2.1 ENSAYO DE JARRAS Este ensayo se realiza con el fin de saber la dosificación del agente coagulante que se va a agregar al agua, en el caso de la planta de tratamiento visitada era Sulfato de Aluminio. Lo que se hace es una simulación a escala, determinando el número de revoluciones por unidad de tiempo y se toman los valores más óptimos para el que se formó más rápido y con mayor tamaño el floc, Dicho montaje de la prueba, está expuesto en la Figura 1.12.
Figura 1.12 Ensayo 1.12 Ensayo de jarras. Fuente: propia
Los recipientes presentados anteriormente en la Figura 1.12 tienen una capacidad de 1 L cada uno, en donde se diluye Sulfato de Aluminio al 1% con una pipeta de 10 ml aplicando a cada recipiente una concentración diferente, para obtener 35, 40, 45 y 50 PPM (Parte Por Millón) en cada uno de ellos. Luego se lleva cada muestra al laboratorio para examinar los parámetros de calidad del agua (turbiedad, color, etc) y la que esté en mejores condiciones le dará una idea al encargado del ensayo de la dosificación que debe usar. En el caso de la visita los cálculos aplicados fueron los siguientes:
Figura 1.13 Dosificación 1.13 Dosificación del coagulante. Elaboración en la planta
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3.2.2 MEDICIÓN DEL CAUDAL 3.2.2.1 Caudalímetro ultrasónico. Un transmisor lanza una onda ultrasónica a través del fluido para ser captada por un receptor, el tiempo que tarda en recibir esta onda es proporcional a la velocidad que lleva el fluido (FI.UBA, 2014). En L a figura 1.14 se aprecia el Caudalímetro de la planta.
Figura 1.14 Caudalímetro ultrasónico P.T. “El tablazo”. Fuente: propia
3.2.2.2 Método de la regleta En general, este método consiste en el uso de una regla certificada y aforada, ubicada en el canal de paso al ingreso del volumen del agua a la planta, en donde la altura del nivel del agua es tomada como dato para relacionarlo por medio de una fórmula al caudal de entrada. 3.3 FLOCULACIÓN Durante el proceso de floculación el Coagulante agregado (Sulfato de Aluminio) hace efecto en el agua formando floc (ver Figura 1.15) que no es más, que el aglutinamiento de las partículas contenidas en el agua que luego se decantarás por su peso y se procederá la separación y purificación del líquido. En el caso de la planta del “El tablazo” se cuentan con 4 floculadores (ver Figura 1.16) de
aproximadamente 5 metros de profundidad y una velocidad de movimiento del fluido lo suficientemente pequeña para que se pueda formar el floc. Cada floculador tiene su sedimentador.
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Figura 1.15 Formación 1.15 Formación de floc. Fuente: propia.
Figura 1.16 Vista 1.16 Vista de los cuatro floculadores de la planta. Fuente: propia.
Normalmente con la adición del coagulante, el pH del agua tiende a disminuir, motivo por el cual se ha de adicionar cal más adelante. Para éste tramo durante la visita, el agua presentó una alcalinidad de 29 mg/L CaCO3, lo cual es bueno siempre que se mantenga por encima de las 15 unidades.
3.3.1 TANQUE CON TRUCHAS Es muy común el uso de tanques con peces en la plantas de tratamiento ya que dan una idea de las condiciones del agua, especialmente de la cantidad de oxígeno disuelto en la misma. A diario el encargado de la planta debe hace un chequeo a los peces para cerciorarse de sus supervivencia, ya que en caso 14
contrario, será un indicador de que algún parámetro del agua se salió de control (pH y oxígeno disuelto especialmente). En la figura 1.17 se puede apreciar el tanque de la planta del “Tablazo” cuyos peces deben ser cambiados cada seis meses.
Figura 1.17 Tanque 1.17 Tanque de truchas. Fuente: propia.
3.4 PRIMERA ZONA DE DECANTACIÓN Cuando el agua llegue a la primera zona de decantación debe cumplir con los siguientes requisitos:
Tener un floc bien formado. Llegar a una velocidad muy baja.
La función principal de esta zona de cambio de floculador a sedimentador es evitar que el agua pase a una velocidad alta al último, ya que esto podría deshacer el floc o mezclar el floc sedimentado con el agua que ingresa. En la Figura 1.18 se puede observar el paso del agua desde la zona la primera zona de decantación hacia el sedimentador. Figura 1.18 Paso 1.18 Paso del agua hacia haci a el sedimentador. Fuente: propia.
3.5 SEDIMENTACIÓN El propósito de este paso es que el floc formado durante la floculación se sedimente en el fondo dl gran recipiente, permitiendo así el paso del agua más 15
clara y transparente. Para ello, se usan unas plaquetas de eternit (ver Figura 1.19) ubicadas con una inclinación de 60 grados, y con un ancho de 1.5 metros lo que obliga a que el agua descienda y dado que el peso del floc es mayor, éste no puede ascender y por tal queda sedimentado en el fondo.
Figura 1.19 Placas 1.19 Placas de eternit en el sedimentador. Fuente: propia
NOTA: Desde el ingreso del agua, hasta este momento, normalmente una partícula de agua tardaría de 30 a 45 minutos en pasar por los procesos mencionados.
3.6 SEGUNDA ZONA DE DECANTACIÓN La segunda zona de decantación se presenta entre los tanques sedimentadores y los filtros, que al igual que los anteriores, sirven de transición para regular la velocidad de entrada a la nueva estructura. En la figura 1.20 se aprecia dicha transición. Figura 1.20 Segunda 1.20 Segunda zona de decantación. Fuen Fuente te:: ro ro ia. ia.
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3.7 FILTRACIÓN La función de los filtros (ver Figura 1.21) es hacer que la arena descienda rápidamente, se puede observar la estratigrafía ubicándose las gravas en el fondo y a medida que asciende el nivel del agua, el tamaño de las partículas disminuye, debido a su peso específico tienden a flotar.
Figura 1.21 Filtro 1.21 Filtro vacío listo para ser lavado. Fuente: propia
En el momento de la visita durante la mañana del sábado, el personal de la planta se preparaba para el lavado de un filtro (ver Figura 1.22). Gracias a la cantidad de filtros, así como de floculadores y sedimentadores, el personal puede realizar las labores de limpieza de a cada unidad sin necesidad de interrumpir el servicio a la comunidad, a diferencia de lo que sucedía años atrás.
Figura 1.22 Lavado 1.22 Lavado de filtros. Fuente: propia.
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Normalmente para el lavado de un filtro se utilizan entre 400 y 500 m^3, en un período de tiempo de 20 a 25 minutos, lo que lo convierte en el proceso de limpieza que utiliza más agua en toda la planta. Cabe notar que todas las aguas residuales de la planta son depositadas en el río Cauca cerca del lugar.
3.8 DOSIFICADOR DE CAL (CARBONATO DE CALCIO) El proceso de dosificación de cal, tiene como objetivo aumentar la alcalinidad del agua, debido a que el coagulante la disminuyó considerablemente, registrando un nuevo pH aproximado a 5 (fuera de la norma de potabilización resolución 2115 de 2007). Para ello se ha de tener un reserva con suficiente cal (ver Figura 1.23) y una unidad de mezcla que envía la cantidad apropiada de cal y cloro al tanque de contacto.
Figura 1.23 Depósitos 1.23 Depósitos de cal (a la izquierda) y el tanque de mezcla (a la derecha). Fuen Fuente te:: ro ro ia. ia.
3.9 CLORACIÓN La adición de cloro se realiza con el fin de desinfectar el agua. En un inicio el cloro está en estado gaseoso pero luego bajo una solución bajo estrictas especificaciones, pasa a estado líquido. Se usa para ello, unos medidores especiales (ver Figura 1.24) que se encargan de controlar la solución y medirla en tambores, recipientes cilíndricas bajo estrictas especificaciones que almacenan el cloro (ver Figura 1.25).
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Figura 1.24 Medidores 1.24 Medidores del cloro. Fuente: propia.
Figura 1.25 Tanques 1.25 Tanques con mitad de su nivel cloro y la otra mitad superior agua. Fuente: propio.
3.10 TANQUES DE CONTACTO Finalmente, el agua y las dosificaciones de Cloro y carbonato de Calcio (cal), son conducidos por unos conductos hacia la zona de contacto ubicado en el sótano de la planta (ver Figura 1.26). Este Lugar permite terminar de preparar el agua para que esté lista para su consumo y la envía a los tanques de distribución ubicados en la última parte de la planta de tratamiento en donde por canales cerrados se 19
dirige el agua potable hacia la red de acueducto de la ciudad para ser llevado al hogar de cada payanés.
Figura 1.26 Tanque 1.26 Tanque de almacenamiento de la planta formado por tuberías a presión. Fuen Fuente te:: ro ro ia.
Cabe destacar además, que el agua residual que produce la planta producto de la limpieza de las unidades también llega al tanque de almacenamiento, pero en tuberías diferentes. En la Figura 1.27 se puede apreciar dicho caso en el que las tuberías azules corresponden a agua limpia y las verdes a las aguas desechas.
Figura 1.27 Tuberías 1.27 Tuberías con aguas desechas y tratadas. Fuente: propia.
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3.11 OFICINA DE CONTROL En la oficina de control, se clasifican y archivan todos los datos sobre los parámetros del agua en tiempo real, para tener una idea de lo que sucede a lo largo de la planta. Asi pues, se han de tener mediciones antes de que el agua ingrese a la planta y en el momento es que se considera tratada y es enviada a los tanques de distribución, y lo mejor de todo, es que los datos se guardan en tiempo real porque lo que las lecturas de mediciones se pueden hacer durante cualquier hora al día, el computador con dicho sistema, en la Figura 1.28
Figura 1.28 Sistema 1.28 Sistema de medición de los parámetros antes y después del tratamiento. Fuente: propia.
Igualmente, se tomaron los datos arrojados por el computador sobre la calidad del agua tratada, presentada a continuación en la Tabla 1.3
Tabla 1.3 Parámetro 1.3 Parámetro del agua luego del tratamiento. Elaboración: propia.
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4. LABORATORIO
En el laboratorio que tiene la planta, se hace el chequeo del agua cruda, procesada y del agua tratada, para tener un control sobre los cambios presentados durante el proceso de potabilización. El laboratorio está aprobado bajo la resolución 698 de 2011 y certificado por el instituto nacional de salud (según empleados de lugar). Posteriormente, se debe hacer un muestreo diario en ciertos puntos de la ciudad, para definir como está llegando el agua a los hogares y poder garantizar la calidad. Algunos parámetros más costos, deben mandarse a realizar en la ciudad de Bogotá, debido a su alto costo y el uso de material no disponible en la planta, por ejemplo estropolidrio y gardia cuyo valor es de 7 millones aproximadamente, y debe hacerse dos veces al año. El laboratorio además cuenta con una química dedicada al tema, que realiza los chequeos diarios nombrados anteriormente.
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CONSLUSIONES
- Pese a las pobres condiciones económicas por las que atraviesa el departamento del Cauca, la planta de tratamiento “El tablazo” registra unos altos
índices de calidad en el agua distribuida a su población, teniendo en cuenta la gran conservación de las cuencas que conforman las fuentes de captación y los organismos al cuidado para su preservación (ejemplo: CRC). - La planta de tratamiento presenta unos bajos y considerados costos de mantenimiento y funcionamiento, debido a la no presencia de bombeo del agua ya sea para captación o distribución. - Dados los resultados de las pruebas realizadas al agua tratada al momento de la visita, los parámetros analizados cumplen con las especificaciones de la resolución 2115 del 2007 que reglamenta la calidad del agua luego del proceso de tratamiento, en este caso, convencional. -
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BIBLIOGRAFÍA
Tomado de internet: - ACUEDUCTOPOPAYAN, Página oficial:
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