Guia Tecnica de Tratamiento de Aguas

GUA TCNICA DE OPERACIN Y MANTENIMIENTO PARA TRATAMIENTO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

FICHA TCNICA JURISSSTE

Denominacin: Fuente: Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado Elabor: Subdireccin de Conservacin y Mantenimiento de la Subdireccin General Mdica Fecha de expedicin: 1 de agosto de 2002 Fecha de entrada en vigor: 1 de agosto de 2002

OPERACIN Y MANTENIMIENTO PARA TRATAMIENTO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

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SUBDIRECCIN GENERAL MDICA SUBDIRECCIN DE CONSERVACIN Y MANTENIMIENTO

NDICE

Introduccin .......................................................................................................... 4 Problemas Causados por el Agua de Recirculacin ............................................ 5 Tratamiento Qumico del Agua de Enfriamiento ................................................... 8 Factores que Afectan a los Sistemas de Enfriamiento ......................................... 9 Determinaciones Analticas de Control: ............................................................... 14

Alcalinidad ................................................................................................. 14 Cloro .......................................................................................................... 15 Determinacin de Slice ............................................................................. 16 Procedimiento Analtico de Fosfonatos...................................................... 17

Evaluacin Energtica en Torres de Enfriamiento de Agua ................................. 19 Torres de Enfriamiento ......................................................................................... 20


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INTRODUCCIN

Este documento tiene por objeto que los responsables de los equipos de aire acondicionado tengan conocimiento adecuado de los problemas que representa el agua en sistemas abiertos de recirculacin, as como su solucin y el control del tratamiento. La Subdireccin de Conservacin y Mantenimiento edita la presente gua con el propsito de que su contenido redunde en una operacin ms eficiente de los equipos, con reduccin de los costos de conservacin y mayor vida til.


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PROBLEMAS CAUSADOS POR EL AGUA DE RECIRCULACIN

Los problemas causados por el agua de enfriamiento son los siguientes:

a) Incrustacin b) Corrosin

c) Materia Orgnica

d) Deterioro de la Madera en las torres de enfriamiento

a) Incrustacin Cuando se eleva la temperatura en el agua, parte de sta se evapora causando un incremento de sus sales disueltas. Cuando esto sucede, es necesario agregar ms agua de repuesto al sistema para reponer las prdidas por evaporacin; ste aumento de sales disueltas trae como consecuencia la precipitacin de las sales de calcio cuando se sobrepasa su concentracin, o tambin cuando el pH es mayor a 8.3, causando depsitos incrustantes en las superficies del sistema. Los tipos de incrustacin en un sistema de enfriamiento son generalmente causados por carbonatos, sulfatos y slice. Carbonato de Calcio CaCO3: Esta sustancia se precipita y causa incrustaciones cuando el pH del agua es de 8.3 mayor. Bicarbonato de Calcio + Agua = Carbonato de Calcio + Bixido de Carbono + Agua Ca(HCO3)2 + H20 = CaCO3 + CO2 + H2O Sulfato de Calcio CaSo4: Las incrustaciones de sulfato de calcio se presentan cuando su concentracin en el agua es mayor de 1,600 ppm. (mg/l). Esto sucede cuando un sistema no tiene purga o no se tiene un control de la dosificacin de cido sulfrico. Slice SiO2 Este compuesto generalmente causa problemas de incrustacin cuando sobrepasa una concentracin de 180 ppm. en el agua.


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b) Corrosin Se puede definir como la destruccin de un metal por la accin qumica directa del oxgeno y el bixido de carbono disueltos en el agua. Las condiciones de un pH cido (menos del 7.0) en el agua, favorece tambin a la corrosin a menos de que sean tomadas medidas protectoras. c) Materia orgnica En el agua se desarrollan toda clase de algas, limos, bacterias y micro-organismos, siendo mayor la reproduccin de estos vegetales en los lugares que estn ms expuestos a los rayos solares: la abundancia puede ser tal, que causan taponamientos en las boquillas de aspersin colocadas en la parte superior de las torres, disminucin de la capacidad de flujo, aumento de presin en los condensadores, paros continuos de las mquinas, adems de que ocasionan corrosin en las superficies metlicas ya que las algas vivas desprenden oxgeno y atacan a los constituyentes de la madera de las torres. d) Deterioro de la Madera en las torres de enfriamiento La madera de una torre de enfriamiento est sujeta a tres tipos de deterioro: qumico, fsico y biolgico. Cuando ocurre un deterioro de la madera es difcil determinar que tipo de ataque fue el predominante, sin embargo, es evidente que la accin fsica y qumica hace ms susceptible a la madera del ataque biolgico. La madera tiene una composicin aproximada en anlisis de base seca de 50% de celulosa y hemicelulosa, 30% de lignina y 20% de extractos.

Ataque qumico: El deterioro qumico de la madera en las torres de enfriamiento se manifiesta comnmente en forma de deslignificacin, ya que la lignina, componente de la madera, se ve afectada y eliminada por este tipo de ataque.

Los productos qumicos ms comnmente responsables del deterioro qumico son los productos oxidantes como el cloro y materiales alcalinos como el bicarbonato y el carbonato de sodio. El ataque es demasiado severo cuando la combinacin de altas concentraciones de cloro residual y alcalinidades es mantenida simultneamente. Por esta razn, nunca debe alimentarse agua suavizada a una torre de enfriamiento.


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Cuando ocurre un ataque qumico, la madera toma una apariencia blanquecina y su superficie se desfibra. El ataque se restringe a la superficie de la madera, por tanto, ocurrirn severos adelgazamientos de la madera donde quiera que el agua tenga la oportunidad de lavar la superficie fibrosa.

Ataque biolgico: El ataque biolgico en la madera de las torres puede dividirse en dos tipos bsicos: putrefaccin suave y descomposicin interior.

En el primero la madera presenta aspecto negro con agrietamiento cuadrangular en la superficie, el material se vuelve ligero y desprende fibras cortas de 0.5 cm. que se desmenuzan fcilmente. La consistencia de la zona afectada es suave y bofa. Este ataque es debido al crecimiento de bacterias y hongos; las condiciones ptimas para la putrefaccin bacteriolgica se alcanzan en las zonas donde la madera contiene de 20 a 27% de humedad y temperaturas de 30 a 40C. El ataque biolgico o putrefaccin interna en las zonas sumergidas tales como divisores de celdas, puertas, eliminadores de niebla, es ms maligno porque la madera aparece sana por fuera y muchas veces slo se descubre cuando se resquebraja por si sola, ya que es difcil detectarlo en su estado insuficiente a menos que se tenga un estricto control y muestreo de la madera.

Ataque fsico: Hay dos agentes de deterioro de madera que se pueden llamar fsicos como el herraje de la torre, altas temperaturas, erosin por abundantes cantidades de tierra.

Las zonas inmediatas y en contacto con tornillos y herrajes se deterioran normalmente con gran rapidez y la madera pierde su fuerza. Una medida de precaucin es no usar piezas de fierro o usar aislante entre la madera y el metal. En cuanto al deterioro trmico, se sabe que la exposicin continua de la madera a altas temperaturas produce cambios estructurales y prdidas de algunos materiales que predisponen a la madera al ataque biolgico.


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TRATAMIENTO QUMICO DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

La seleccin del tratamiento ms adecuado para cada sistema en particular es un asunto de gran importancia y requiere de un estudio cuidadoso que incluye: a) Anlisis completo del agua de repuesto. b) Estudio del diseo del sistema de enfriamiento y las condiciones de operacin. c) Evaluacin de los problemas de corrosin, incrustacin y depsitos que se

presentan sin tratamiento. d) Estudio de los mtodos para el control de calidad del agua de enfriamiento. e) Programacin de pruebas de testigos de corrosin e inspeccin de los equipos. f) Estudio econmico de cada prueba. Debe tenerse en cuenta que generalmente lo ms conveniente es utilizar el tratamiento que ofrezca la mayor proteccin a los equipos para asegurar la continuidad de su servicio, pues al evitar los gastos indirectos que resultan por las fallas de tales equipos, se compensa con creces el costo del tratamiento.

Diagrama del Proceso para el Tratamiento de Agua de Enfriamiento


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Problema de lodos y lama en un Estado de limpieza de Inter intercambiador de calor sin uso cambiador utilizando qumicos. de qumicos.

FACTORES QUE AFECTAN A LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO 1. Incrustacin:

Varios procedimientos pueden utilizarse para evitar la formacin de incrustaciones:

a) Dosificacin de cido sulfrico: el cido sulfrico reduce la alcalinidad natural del agua producida principalmente por bicarbonatos y por lo tanto el pH; segn la reaccin:

Ca(HCO3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2CO2 + 2H2O Bicarbonato + cido = Sulfato + Bixido + Agua

de Calcio Sulfrico de Calcio de Carbono

De esta manera se evita que los bicarbonatos de calcio se conviertan a carbonatos de calcio, causantes principales de las incrustaciones. Cuando se dosifica cido sulfrico es necesario mantener un pH entre 6.0 y 7.0 y la alcalinidad total entre 150 y 300 ppm. como es el caso de CaCO3.

Hay que tener cuidado de no sobrepasar la solubilidad del sulfato de calcio

de 1,600 como el caso de CaSO4.

Dosis: es necesario dosificar un mililitro de cido sulfrico concentrado al 96% para eliminar un miligramo de alcalinidad total como carbonato de calcio.


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b) Dosificador de polifosfatos: estos productos qumicos aumentan la solubilidad del carbonato de calcio y lo conducen a un estado de sobresaturacin sin que se precipite.

Es posible mantener hasta 400 ppm de dureza total en el agua con una dosis de 5 a 20 ppm. de polifosfatos y un pH de 6.5 a 7.0.

c) Purga continua: en los sistemas abiertos de recirculacin de agua se utiliza

normalmente el drenaje para limitar la concentracin de slidos.

El nmero de ciclos de concentracin expresa la relacin entre los slidos disueltos en el agua del depsito. Es importante por tanto eliminar las sales que puedan formar incrustaciones antes de que se depositen en el sistema. La concentracin de sales se controla por purgas, teniendo en cuenta que tambin el arrastre de las gotas de agua por el flujo de aire, significa alguna eliminacin de las sales disueltas. El clculo de la purga en estos sistemas debe ser determinado por un ingeniero especializado en tratamiento de agua, ya que sale de este manual el realizar el estudio y clculo de la purga.

2. Corrosin

El agua de recirculacin en sistemas abiertos de enfriamiento, puede causar ataques corrosivos al metal producidos por el agua evaporada, picaduras originadas por la disolucin de gases atmosfricos corrosivos y altas temperaturas en los condensadores. Existen varios mtodos para disminuir la corrosin, entre los cuales se pueden citar los siguientes: a) Proteccin mediante incrustacin leve de carbonato de calcio. b) Inhibicin con polifosfatos. c) Inhibicin con cromatos-zinc. d) Mtodo diandico con los fosfatos (cromatos fosfatos). e) Mtodo diandico de zinc (cromato-fosfato-zinc). f) Mtodo de fosfonatos. En la actualidad an se utiliza el hexametafosfato de sodio en los sistemas de enfriamiento como inhibidor de corrosin; tambin se emplean el tripolifosfato y el decafosfato de sodio.


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Estos productos que en forma general se les denomina como polifosfatos, poseen una buena actividad superficial que impide la formacin de incrustaciones y disminuyen la formacin de tubrculos, as como la corrosin en general. Mtodo dicatdico cromato-zinc: Este mtodo protege de corrosin al fierro, acero, cobre, bronce y aluminio; no produce lodos ni depsitos en el sistema ni provee de nutrientes que facilitan los crecimientos microbiolgicos, evita el ataque corrosivo localizado y origina una inhibicin rpida. Mtodo diandico de Zinc (cromato-fosfato-zinc): Para tener una proteccin efectiva en sistemas donde se tienen altos ndices de corrosin, se requieren dosificaciones relativamente altas de mezclas diandicas cromatos-fosfatos y en los sistemas de alto contenido de calcio la reversin de los metafosfatos es un problema que origina precipitacin de fosfato de calcio. Este es un mtodo efectivo sobre todo cuando se mantiene el pH en los lmites de 6.0 a 7.0 y la relacin de la mezcla diandica es 30 ppm. de fosfatos por 15 ppm. de cromatos para tener una concentracin de 45 ppm. como producto y que se puede emplear teniendo valores de pH y concentraciones de zinc, que produzcan la formacin de un recubrimiento de todo el sistema. Por tanto, ste mtodo se considera muy efectivo ya que puede reducir la corrosin a valores inferiores de una milsima de pulgada por ao a un costo bastante reducido. Mtodos de los Fosfonatos: ltimamente se han desarrollado los fosfonatos, compuestos orgnicos que protegen contra la corrosin e incrustacin simultneamente. Tienen una gran ventaja sobre el mtodo diactdico y diandico debido a que no presentan problemas de contaminacin del agua de desecho como los cromatos. Generalmente una dosis residual de 40-60 ppm. de fosfonatos es suficiente para proteger el sistema de corrosin e incrustacin, manteniendo un pH de 8.2 a 8.8 y una alcalinidad total de 400 ppm. como CaCO3.


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Corrosin

3. Materia Orgnica Existen muchos compuestos y sustancias qumicas que destruyen o inhiben el crecimiento de algas, hongos, bacterias y dems microorganismos presentes en el agua de enfriamiento, los cuales se pueden separar en dos grupos: a) Bactericidas

b) Agentes Bacteriostticos Los bactericidas son aquellos productos que, como su nombre lo indica, matan a las bacterias a concentraciones relativamente bajas, tales como el cloro gas, el hipoclorito de calcio, bromo y el permanganato de potasio.

Los agentes bacteriostticos son aquellos que slo a altas concentraciones matan a los microorganismos, pero inhiben su crecimiento a bajas concentraciones tales como el pentaclorofenato de sodio, hipoclorito de sodio, sales de cobre y compuestos cuaternarios de amonio. Las sustancias qumicas ms utilizadas para eliminar los microorganismos son el cloro, los hipocloritos de calcio y sodio, el pantaclorofenato de sodio y el sulfato de cobre. El cloro es la sustancia ms barata y efectiva como bactericida, pero tiene la desventaja de requerir un equipo especial y costoso para su dosificacin por lo que slo se emplea en sistemas grandes.


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Un residual de cloro de 0.5 a 1.0 ppm. como cloro destruye rpidamente a la mayora de los microorganismos. La dosificacin de cloro puede hacerse en forma continua o intermitente. La mxima efectividad se obtiene con cloracin continua, teniendo cuidado de no tener residuales superiores a 1.0 ppm. sobre todo en perodos prolongados, ya que el cloro ataca a los constituyentes de la madera, sin embargo, se recomienda la cloracin intermitente por ser ms econmica. Se debe tener presente que la medicin del cloro residual se debe hacer al agua de retorno antes de caer en la torre, nunca sobre la pileta. 4. Deterioro de la madera en las torres de enfriamiento Las recomendaciones para evitar el ataque superficial de la madera son: a) Mantener el pH del agua en recirculacin entre 6 y 8.8 y usar algicidas no

oxidantes tales como sulfato de cobre o el pentaclorofenato de sodio. b) En los casos donde se usa cloro deben mantenerse residuales menores de 1

ppm. Estos factores son las variables ms importantes en el mecanismo de deterioro de la madera. La temperatura acelera el ataque pero normalmente est fijada por el diseo del sistema y no se puede modificar; la temperatura mxima permisible es 140F. (60C.). La cantidad de cloruro de sodio en el agua debe estar debajo de 750 ppm. Cuidado en el manejo de los productos qumicos: Todos los productos qumicos que se usan en el tratamiento del agua de enfriamiento requieren de un manejo especial. Evite siempre las inhalaciones de vapores, gases y polvos, cuidndose de la prolongada exposicin en la boca, ojos y piel. Si esto ocurre, la parte afectada debe lavarse con agua abundante. Si hay sntomas de intoxicacin, debe recurrir al mdico. Al manejar y preparar las soluciones de los productos qumicos, use guantes, anteojos protectores y mascarillas de seguridad.


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DETERMINACIONES ANALTICAS DE CONTROL

ALCALINIDAD Teora:

El presente mtodo para determinar alcalinidad se basa en su neutralizacin con cido diluido. Usando el procedimiento adecuado se obtiene la alcalinidad F (Fenolftaleina), alcalinidad M (anaranjado de metilo) y alcalinidad OH (hidrxidos).

Reactivos:

Fenolftaleina 0.5% Anaranjado de metilo 0.05% cido Sulfrico 0.02 N

Tcnica:

Paso 1: Medir en la probeta 50 ml. de muestra y pasarla al matraz Erlenmeyer. Paso 2: Agregar 4 gotas de Fenolftaleina. Paso 3: Si la muestra toma coloracin rosa, titular con cido hasta que desaparezca el color. Paso 4: Anotar como partes por milln de alcalinidad los mililitros de H2SO4, 0.02N gastados en el paso 3 multiplicados por 20. Paso 5: Poner a la misma muestra 4 gotas de Anaranjado de Metilo sin recargar la bureta; titular hasta que el color de la muestra pase de amarillo a caf claro paja.

Paso 6: Anotar como partes por milln de alcalinidad los mililitros totales de H2SO4, 0.02N gastados, o sea la lectura de la bureta ya que no se recarg al hacer la segunda titulacin multiplicados por 20.

Nota 1: Para determinar la alcalinidad OH contine con el siguiente procedimiento: coloque 100 ml. de muestra en el matraz Erlenmeyer, agregue 10 ml. de BaCl2 y 4 gotas de fenolftaleina; titule con H2SO4 hasta que desaparezca totalmente la coloracin rosa. Anote los ml. gastados y multiplique por 10 para obtener ppm. de OH.


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Alcalinidad Fenolftaleina 0.5%: a) Disolver 5 gr. De fenolftaleina en un litro de solucin 50% de alcohol etlico y

agua destilada; neutralizar con sosa custica diluida hasta que aparezca la primera tonalidad rosa.

Naranja de Metilo 0.05%: b) Disolver 0.5 gr. de anaranjado de metilo en un litro de agua destilada. Cloruro de Bario 10%: c) Disolver 100 gr. de cloruro de bario en un litro de agua destilada. cido sulfrico 2 N: d) Diluir 54.2 ml. de cido sulfrico Q.P. concentrado a 1 litro de agua destilada

en matraz de aforacin. Estandarizar y ajustar. cido Sulfrico 0.02 N: e) Diluir 10 ml. del concentrado 2 N a 1 litro de agua destilada. CLORO Teora:

El presente mtodo para determinar cloro, se basa en la propiedad que tiene el mismo de desarrollar color amarillo con el reactivo especial, cuya intensidad es proporcional a la concentracin del cloro.

Reactivos:

Hidrocloruro de Ortololidina Tcnica:

Usando comparador Taylor, seguir el siguiente procedimiento: Paso 1: Poner agua de muestra en uno de los tubos de la base del comparador,

hasta la marca de 5 ml. Paso 2: Agregar 0.5 ml. (10 gotas) del reactivo ortotolidina, agitar. Paso 3: Hacer la lectura directamente en el comparador y anotar como partes por

milln de cloro residual.


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Aparatos: Un comparador Taylor para cloro residual.

DETERMINACIN DE SLICE: La determinacin de slice en el agua tiene por objeto controlar sta para evitar incrustaciones en los equipos. La mxima cantidad de slice en el agua de recirculacin es de 180 ppm. y la nica forma de regularla es por medio de la purga continua.

Material necesario:

Comparador Hellige Disco para slice graduado de 0 a 120 ppm. Probeta graduada de 4 marcas 2 celdas de vidrio

Reactivos:

Solucin de HCl. a 0.24 N Solucin de molibdato de amonio al 11.6% Solucin de sulfito de sodio anhidro al 16.1%

Procedimiento:

1. Mida 5 ml. de agua de la muestra clara; filtrar si est turbia en la probeta graduada hasta la primera marca.

2. Agregue 5 ml. de cido clorhdrico 0.24 N o bien hasta la segunda

marca y agite suavemente.

3. Aada 5 ml. de molibdato de amonio para slice, o sea hasta la tercera marca de la probeta y agite para mezclar los reactivos; la solucin tomar una coloracin ligeramente amarilla. Espere 2 minutos y prosiga con el siguiente paso.

4. Agregue 10 ml. de solucin sulfito de sodio o hasta la marca No. 4 de

la probeta. La solucin tomar una coloracin azul cuya intensidad ser directamente proporcional a la cantidad de slice presente en la muestra del agua. Espere 5 minutos a que se desarrolle el color azul.

5. Coloque el disco para slice graduado de 0 a 120 ppm. SiO2 dentro

del comparador. 6. Tome 2 celdas limpias y llene una con la solucin azul que se

encuentra en la probeta hasta 1 cm. arriba de la marca e introduzca


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la celda en el lado derecho del comparador. Llena la otra celda de igual manera con agua destilada y colquela en el lado izquierdo del comparador.

7. Haga la lectura comparando el color desarrollando con los colores

del disco graduado, girando el disco hasta obtener una igualacin de colores o hasta que el vapor desconocido pueda estimarse entre los dos vidrios de colores estndar. Haga la comparacin colocando el ojo a 25 cm. del ocular del comparador.

8. Exprese su resultado en ppm. de SiO2 (slice). NOTA: Si la lectura excede a 120 ppm. de SiO2, repetir todo el procedimiento desde el paso 1, midiendo un mililitro de la muestra de agua, sta se vaca en la probeta graduada a la cual se le agregan 4 ml. de agua bidestilada y se prosigue con el paso 2 hasta terminar el procedimiento. PROCEDIMIENTO ANALTICO DE FOSFONATOS (FOSFATOS ORGNICOS): Procedimiento:

1. Tomar 25 ml. del agua de la Torre de Enfriamiento.

2. Agregar solamente tres gotas de Tiosulfato de Sodio 0.1 m y agitar.

3. Dejar en reposo 30 segundos.

4. Agregar una pequea porcin de Anaranjado de Xilenol (50 mg. aprox. 10 gotas) la solucin adquirir un color lavanda (violeta).

5. Agregar gota a gota cido Ntrico 0.5 N, agitando, en ese momento la

solucin cambiar de lavanda a un color amarillo claro, en este punto se deber evitar sobreacidular.

6. Agregar Nitrato de Torio 0.0005 m gota a gota, contndolas

cuidadosamente y agitando hasta que la solucin amarilla cambie nuevamente a violeta, que nos indica el punto final de la reaccin.

7. Anotar el nmero de gotas utilizadas en este caso.

8. Repetir todo el procedimiento anterior con agua de repuesto de la torre y

ste ser nuestro testigo.


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Para obtener las ppm. de Fosfonatos es necesario:

A. Restar las gotas gastadas en la muestra del testigo.

B. Multiplicar las gotas obtenidas en la resta (A) por el factor, que en ste caso es 10.5


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TORRES DE ENFRIAMIENTO

ste documento fue actualizado el 1 de agosto de 2002. Para cualquier consulta o aclaracin comunicarse al Depto. de Ingeniera Qumica a los telfonos: 56-06-90-34 y 54-47-14-24 Ext. 13220.

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