compreendendo dispositivos de deteccao de fogo

8/16/2019 Compreendendo Dispositivos de Deteccao de Fogo

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Compreendendo Dispositivos deDetecção de Fogo

Prof. William E. DeWittTradução GIFEL Engenharia de Incêndio

As diferenças do desempenhodos diferentes dispositivos

devem ser reconhecidas parapermitir aplicações corretas.

NOTA INICIAL DO TRADUTOR:este artigo foi escrito nos Estados

Unidos para as condições locaisem função das normas e das au-toridades em cargo. Os valoresem graus Fahrenheit e outrasunidades comumente usadas nosEstados Unidos foram mantidos para resguardar a integridade dotexto original, que se reveste deum interesse especial pela des-crição detalhada dos princípiosoperativos dos diversos tipos dedetectores. Já no Brasil temos oSistema Métrico Decimal e para o

caso dos detectores há uma nor-ma específica que é a NBR 9441"Execução de sistemas de detec-ção e alarme de incêndio" quedeve prevalecer para aplicaçõesexecutadas neste país.

Dispositivos de Detecção

O fogo é o processo da combus-tão, da reação química produzin-do calor, fumaça, da chama, luz,vapor de água, gás e outros pro-dutos. Um dispositivo automáticoda detecção, tal como um detec-tor de calor, de fumaça ou dechama, detectará a presença deum ou mais produtos citados aci-ma e gerará um sinal de alarme.Pode também haver uma desco-berta humana de um fogo, tendopor resultado a ativação manualde um dispositivo de alarme. A caixa do alarme de fogo é umdispositivo manual e pode ser

codificada ou não-codificada. Acaixa não-codificada de alarmede fogo não é nada mais do que

um interruptor projetado para abrirou fechar um circuito quando a-cionado. Uma vez operado, entre-tanto, o interruptor não pode serrestaurado à posição normal ex-ternamente. Esta característicaimpede que o alarme, uma vez

atuado, seja silenciado por pesso-al não autorizado. A caixa codificada de alarme defogo, quando atuada, transmiteum sinal codificado de maneiraúnica através do sistema. Caixasmais antigas usavam uma rodacodificada giratória, acionada porum motor de mola interna, paratransmitir este sinal. Os sistemasmodernos empregam os móduloseletrônicos para gerar sinais codi-ficados.

Usando caixas codificadas dealarme de fogo, grandes áreaspodem ser protegidas por zonas,permitindo que o pessoal de com-bate seja dirigido à posição exatado fogo.

Detector Térmico

Há duas classes de detectorestérmicos: temperatura fixa e ter-movelocimétricos. Variações des-tes tipos, tais como o detectortermovelocimétrico com compen-sação e o detector combinado,também são disponíveis. A temperatura nominal de opera-ção (algumas vezes referida comosendo a temperatura nominal ou atemperatura de operação) de de-tectores de calor é a classificaçãotérmica do dispositivo. Esta é atemperatura a que o elementointerno de detecção termo sensí-vel deve ser aquecido antes de

atuar. As gradações nominaistípicas para detectores de tempe-ratura fixos e termovelocimétricos

A detecção de fogo e osistema de

alarme é umacombinação de

dispositivos projetados para

sinalizar um alarme emcaso de fogo.

O sistema podetambém realizar o

controle deventiladores, retençãoou liberação de portascorta-fogo, controle da

iluminação deemergência, da

chamada doelevador e outrasfunções da

emergência.Estas funções

adicionaissuplementam o

sistema básico o qualconsiste em

dispositivos dedetecção e de alarme e

de uma unidade centralde controle.

Este artigo discutirásistemas de detecçãode fogo, com a ênfasena sua operação e na

sua aplicação.


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são o 135°F, 175°F e 250°F. Atemperatura de atuação real (quenão é uma designação industrialaceita, na verdade este termo éútil ao discutir as característicasde operação de detectores de

calor) é definida como a tempera-tura do ar que cerca o dispositivono momento de sua atuação. Emcondições ideais, as temperatu-ras do ar circunvizinho e do de-tector de calor devem ser iguaisno momento em que o dispositivosinaliza um alarme.

Detector térmico de tempe-ratura fixaDetectores térmicos de tempera-tura fixa produzem um sinal de

alarme quando a temperatura doelemento interno de detecçãoalcança sua temperatura nominalde atuação. Tiras bimetálicas oudiscos e elos fusíveis são normal-mente usados como elementosde detecção. O elemento de de-tector tipo bimetálico consiste dedois metais com coeficientes dife-rentes de dilatação térmica.Quando aquecidos, os metaisdilatarão em taxas diferentes,tendo por resultado uma distor-ção do elemento bimetálico paraoperar um jogo dos contatos. Umoutro tipo de detector do calorusa elos fusíveis que, quandoexpostos ao calor, derreterão,permitindo que um jogo dos con-tatos mola opere. Como os ele-mentos bimetálicos retornam asua posição original na tempera-tura normal, são reusáveis, poroutro lado, os elos fusíveis sãonão reutilizáveis. Ou o elementoda detecção ou o detector fusívelcompleto devem ser substituídosapós cada operação. Detectoresde temperatura, bem como mui-tos outros tipos de dispositivos dedetecção de fogo, podem ser dotipo construtivo pontual ou linear.Detectores do tipo pontual sãodispositivos unitários com seuselementos operacionais contidosem uma única carcaça. Detecto-res fixos da temperatura tipo pon-tual incluem os termostatos bime-tálicos, os termostatos do discode encaixe, os termostatos elosfusíveis e os termostatos do bul-

bo de sílex (quartzita). Os detec-tores tipo linha consistem em lan-ces de cabos ou de tubos, geral-mente suspensos ao teto da áreaprotegida. Os detectores de tem-peratura fixos tipo linha, incluem

cabo termostático ou sensível aocalor e cabo resistivo. Quando umdetector de temperatura fixo atua,a temperatura de operação realserá invariavelmente mais eleva-da do que a temperatura opera-ção nominal. Por exemplo, umdetector com temperatura nominalde 135°F, na verdade, pode nãooperar até que a temperatura doar circunvizinho alcance, talvez,150°F quando exposto a um fogogradualmente crescente, ou 175°

F para um fogo rapidamente cres-cente. Esta diferença entre tem-peratura nominal de atuação e atemperatura real de operação échamada de retardo térmico. Notempo no qual a temperatura doelemento de detecção alcançasua temperatura de atuação nomi-nal para gerar um sinal de alarme,a temperatura do ar circunvizinhopode ter subido ainda mais. Ataxa desta transferência de caloré dependente em primeira linha

da taxa na qual o próprio ar cir-cunvizinho está sendo aquecido.

Detector Termovelocimétricocom compensação

Detectores de calor termoveloci-métricos com compensação sãoprojetados para compensar o re-tardo térmico. Quando um detec-tor de calor termovelocimétricocom compensação opera, a tem-peratura de atuação real será a-

proximadamente igual à tempera-tura de operação nominal, nãoobstante a taxa em que o ar estásendo aquecido. O detector ter-movelocimétrico com compensa-ção, como ilustrado na Fig. 1,consiste em um par dos suportesexpansíveis e de contatos elétri-cos encapsulados em uma capatambém expansível. A capa deexpansão é exposta ao ar circun-vizinho e tem um coeficiente dedilatação mais elevado do que os

suportes expansíveis.Quando submetido a um fogo ra-


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pidamente crescente, somente acapa dilatará desde que ela estáexposta ao calor. Esta dilataçãolongitudinal da capa rapidamentealivia a compressão nos suportese opera os contatos precisamen-

te na temperatura de atuaçãonominal do dispositivo. Por outrolado, quando exposto a um fogogradualmente crescente o detec-tor aquece-se uniformementecomo um todo.A capa expandirámais do que os suportes, devidoà diferença nos coeficientes dedilatação. Esta ação alivia gradu-almente a compressão nos su-portes e novamente opera oscontatos precisamente na tempe-ratura de atuação nominal do

dispositivo.

DetectorTermovelocimétricoDetectores termovelocimétricosgerarão um sinal de alarme quan-do a temperatura do ar que cercaos detectores se eleva numa taxasuperior a uma taxa pré-selecionada (geralmente 15

oF

por o minuto). Estes dispositivossão mais responsivos do que osdetectores de temperatura fixosporque o retardo térmico não éum fator relevante na operaçãodos detectores termovelocimétri-cos. Uma desvantagem destesdispositivos é que são sujeitos aalarmes falsos quando expostosa temperaturas rapidamentecrescentes não causadas pelofogo. Entretanto, isto pode serminimizado pela aplicação apro-priada do detector. Também es-tão disponíveis detectores termo-velocimétricos tipo linha, chama-dos detectores de tubo pneumáti-co. Um sistema de detecçãopneumática consiste em um laçocontínuo de tubulação dispostopróximo ou sobre o teto da áreaprotegida e que opera com baseno princípio da expansão do arem um tubo capilar ao invés dedentro de uma câmara. Detecto-res termovelocimétricos nuncadevem ser instalados perto defornalhas, incineradores, fre-ezers, portas exteriores que a-bram freqüentemente, ou outrasáreas onde mudanças abruptas

na temperatura ambiente possamocorrer. Uma outra desvantagemdos detectores termovelocimétri-cos é que estes podem até mes-mo não funcionar quando expos-tos a um fogo gradualmente cres-cente. Para superar esta desvan-tagem, detectores termovelocimé-tricos são combinados com osdetectores de temperatura fixapara formar um detector de calorcombinado.

Detector de temperaturacombinado A figura 2 ilustra um Detector detemperatura combinado tipo pon-tual. Basicamente o detector ter-movelocimétrico consiste de con-tatos elétricos e de um diafragmaflexível montado dentro de umacâmara de ar equipada com umaválvula de respiro. A parte de tem-peratura fixa consiste em umamola e em uma liga fusível tam-bém montadas dentro da câmara.Quando a unidade é exposta ao


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calor de um fogo, o ar dentro dacâmara expandirá, forçando odiafragma para cima.O diafragma operará os contatosquando uma pressão suficientese acumular dentro da câmara.

Alterações normais na tempera-tura ambiente, por exemplo, dosistema de calefação, permitemtempo suficiente para que a pres-são armazenada seja aliviadaatravés da válvula de respiro, e odetector não atuará.Como discutido previamente,detectores termovelociétricospodem não atuar quando expos-tos a um fogo gradualmente cres-cente. Os detectores de tempera-tura combinados não são suscetí-

veis a este problema porque aparcela de temperatura fixa iráagir na retaguarda da porção ter-movelocimétrica.Quando a temperatura de umfogo gradualmente crescente éalta o suficiente para derreter oelemento fusível, a mola é libera-da e opera os contatos. O ele-mento fusível do deste detector,

naturalmente, é nãorestaurável e deveser substituído. A figura 3 é umacomparação da taxada resposta para os

diferentes tipos dedetectores: tempera-tura fixa, termovelo-cimétrico e termove-locimétrico com com-pensação. Ilustratambém o relaciona-mento entre a tem-peratura nominal deatuação, a tempera-tura real de opera-ção e o retardo tér-mico.

As regras para o a-fastamento e locali-zação apropriadosde detectores decalor podem ser en-contradas na Norma NFPA 72E -Detectores de Fogo Automáticos.Dados adicionais, tais como valo-res padrão de atuação, código decores dos detectores, manuten-


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ção e exigências de testes, e ou-tras informações de aplicaçãotambém estão disponíveis napublicação da NFPA.

NOTA DO TRADUTOR : confor-

me esclarecido no início destetrabalho, apesar da abrangênciado uso das normas NFPA nomundo inteiro, no caso específicode detectores, há uma normabrasileira que é a NBR 9441"Execução de sistemas de de- tecção e alarme de incêndio" que deve prevalecer para aplica-ções executadas neste país.

Detectores de Fumaça

A NFPA 72E define a fumaçacomo sendo "a totalidade daspartículas visíveis ou invisíveis dacombustão transportadas por viaaérea." As partículas visíveis dacombustão (por exemplo, fumaçadensa e pesada de um fogo ar-dente) consistem em um númeropequeno de partículas grandesde fumaça por unidade de volu-me, enquanto as partículas invisí-veis da combustão (por exemplo,fumaça transparente de um fogoqueimando rapidamente) consis-tem de um grande número departículas pequenas de fumaçapor unidade de volume. Um de-tector de fumaça detectará a pre-sença destas partículas visíveisou invisíveis e gerará um sinal dealarme.

Detectores Fotoelétricos ouÓpticosOs detectores de fumaça fotoelé-

tricos (ou ópticos) consistem pri-meiramente de uma fotocélula ede uma fonte de luz e são aplica-dos normalmente onde se esperaque um fogo venha a gerar gran-des quantidades de partículasvisíveis da combustão. O princí-pio de operação é que o fumaçaque entra na trajetória da luz pro-vocará uma obstrução e impediráque a luz atinja a fotocélula, ge-rando desta maneira um sinal dealarme.

Um outro princípio usado é que afumaça que interfere com o facho

luminoso refletirá a luz em umafotocélula, gerando assim tambémum sinal de alarme. Os detectoresfotoelétricos podem ser do tipoconstrutivo pontual ou do tipo defeixe emissor de luz. O detector

tipo pontual inclui todos os ele-mentos em uma unidade peque-na, enquanto o tipo feixe emissorde luz consiste de uma fonte lumi-nosa e de uma fotocélula situadasem extremidades opostas e geral-mente instaladas próximo do tetoda área protegida.

Detectores de IonizaçãoOs detectores de ionização, em-bora capazes de detectar a pre-sença de partículas visíveis e invi-

síveis da combustão, são maissensíveis às partículas invisíveis.Isto é porque é necessário que afumaça contenha um número mí-nimo de partículas por unidade devolume para atuar um detector deionização. Como indicado anteri-ormente, partículas invisíveis dacombustão contêm uma quantida-de maior de partículas de fumaçado que as partículas visíveis dacombustão. A figura 4 indica oprincípio operacional deste tipo de

detectores. O detector básico con-siste de uma fonte, de circuitos dedetecção e de uma câmara deionização que contém uma pe-quena fonte radioativa alfa. A fon-te de corrente contínua (DC), umabateria ou um retificador, mantémum potencial elétrico entre as pla-cas PI eP2 comoindicado. As molé-culas de ardentro dacâmarasão sepa-radas emíons positi-vos e emelétronsnegativos,pela fonteradioativaalfa, umprocessoconhecidopor ioniza-ção. Des-


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de que cargas iguais se repeleme cargas contrárias se atraem aspartículas carregadas entre asplacas fluirão nos sentidos indica-dos. Quando as partículas dacombustão entram na câmara de

ionização irão unir-se às partícu-las carregadas reduzindo assim oseu fluxo. Os circuitos do detec-tor detectarão esta redução nofluxo e gerarão um sinal de alar-me.

A aplicação apropriada de detec-tores de fumaça é muito impor-tante. Considere os seguintes pontos, e siga as recomendaçõesdo fabricante a respeito da posi-ção e do afastamento apropria-

dos: • Para evitar alarmes falsos, o

detector de fumaça não deve serficar situado em áreas onde ele-vados níveis de partículas decombustão ocorrem normalmen-te, como garagens, salas de cal-deiras ou áreas reservadas parafumantes.

• Os detectores de fumaça situ-

ados perto dos difusores do su-primento de ar do recinto podem

não se operar, ou poderão tersensibilidade reduzida, porque ofluxo de ar condicionado reduziráa quantidade de fumaça que en-trará na câmara da detecção.

• Condições ambientais, tais

como a umidade, a pressão baro-métrica e temperatura podemcausar alarmes falsos ou a perdada sensibilidade em detectoresde fumaça. Os detectores de ioni-zação de câmara dupla ajudam aevitar este problema, os mesmos

possuem duas câmaras de ioni-zação. Uma câmara executa afunção de detecção enquanto asegunda câmara, chamada umacâmara da referência, compensaas variações de umidade, depressão barométrica e de tempe-ratura.

• Cuidado deve ser tomado ao

dispor detectores de fumaça aoar livre para impedir que contami-nantes atmosféricos, tais como achuva, o a mistura de chuva comneve ou a neve, entrem a câmarada detecção (em regiões tropicais

os contaminantes atmosféricossão outros).

• Os detectores de fumaça insta-

lados em ambientes empoeiradospodem requer filtros de ar paraimpedir alarmes falsos.

Muitos avanços estão sendo fei-tos atualmente no campo da tec-nologia dos detectores de fumaça.Os detectores estão sendo feitosde maneira a ser mais sensíveisaos diferentes tipos de fogos emenos suscetíveis às circunstân-cias ambientais. Por exemplo, osdetectores de fumaça combinadosde ionização e fotoelétricos sãosensíveis a ambas, tanto às partí-culas da combustão visíveis comoas invisíveis. Estes dispositivosutilizam as vantagens de ambosos tipos de detectores para forne-cer a cobertura de larga escala.

Detectores de Chama

A chama é a queima visível ouinvisível de gases produzidos porum fogo. Os detectores de chamasão dispositivos de linha de vistaque geraram um sinal de alarme

quando expostos à energia radi-ante de uma chama. Como estaenergia radiante viaja na velocida-de de luz, os detectores de chamatêm o potencial para serem deação rápida. Cuidado deve sertomado ao aplicar estes dispositi-vos que atuam na linha de vistapara assegurar que sua eficácianão seja prejudicada por obstru-ções tais como elementos estrutu-rais, equipamentos, ou a presen-ça de fumaça densa ou de gases.

Detectores de chama, dadas assuas potencialidades de detecçãorápida (seu tempo de reação giraem torno de milisegundos) são,em geral, usados onde existe umrisco significativo, como áreas doarmazenamento e transferênciade combustível, áreas do proces-samento industrial e em situaçõesnas quais podem ocorrer explo-sões ou fogos de progressão mui-to rápida.

Detectores UltravioletaDentre os detectores de chama é


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o detector ultravioleta (UV) queresponde à energia radiante invi-sível na escala ultravioleta(abaixo de 4000 ângstroms). Nor-malmente, os detectores UV sãoprojetados serem responsivos

somente na escala de aproxima-damente 1800 a 2500 ângstroms.Esta faixa estreita elimina alar-mes falsos de descargas elétri-cas - raios e da radiação solar.Os detectores UV não são semlimitações.Uma desvantagem é que podemtambém responder à energia ra-diante das máquinas do raio deX, de máquinas de solda a arco ede relâmpagos. A fumaça é umoutro problema porque filtra a

energia radiante UV. Conseqüen-temente, os detectores UV nãodevem ser usados nas áreas on-de grandes quantidades de fuma-ça são prováveis ocorrer antesdo aparecimento da chama. Apesar de muitas melhorias re-centes no projeto dos detectoresUV, as máquinas de solda a arcoe a interferência da fumaça per-manecem sendo problemas mui-to reais e persistentes. Conse-qüentemente, o estudo cuidado-

so do ambiente e a posição apro-priada do detector e seu posicio-namento adequado são conside-rações muito importantes na apli-cação deste tipo de sistema dadetecção.

Detectores InfravermelhosO detector infravermelho (IR)utiliza uma célula fotovoltaica oufoto resistiva com um sistema defiltro e de lentes e responde àenergia radiante invisível, acimade 7700 ângstroms. Como o de-tector UV, o detector IR é de a-ção rápida. O detector IR respon-de a muitas fontes de calor e é,conseqüentemente, suscetível aalarmes falsos, mesmo quandoequipado com os esquemas so-fisticados de discriminação. Estesdetectores são afetados, tam-bém, pela umidade elevada.Por esta razão os detectores IRtêm aplicação limitada e, quandousados, são geralmente instala-dos em facilidades industriais.

Detectores de cintilação dechama e fotoelétricos.Estes detectores respondem à

energia radiante visível, que estáno espectro entre 4000 a 7700ângstroms. O dispositivo fotoelé-

trico consiste em uma fotocélulasensível à luz que gere um sinalde alarme quando exposta à ener-gia radiante de uma chama. Odispositivo de detecção de cintila-ção da chama, que também operapelo princípio fotoelétrico, contémum filtro que permite a operaçãoda detecção somente em respos-ta à energia radiante moduladaem uma freqüência característicada cintilação de uma chama, fa-zendo este último dispositivo mais

exato na resposta à energia radi-ante visível de um fogo.

Dispositivos de Alarme

Dispositivos de alarme sinalizamum alarme (fogo ou problema nosistema) quando ativado. Elesfuncionam seja de maneira audí-vel ou visual. Os alarmes audíveisincluem sinos, campainhas,"klaxons", carrilhões, cigarras e

sirenes, quando os alarmes visu-ais incluírem anunciadores, luzesestroboscópicas e luzes pisca-pisca. Os sistemas de alarme po-dem incorporar reprodutores depalavra eletrônicos e usar de umacomunicação de emergência comvoz pré-gravada ou emitir instru-ções em viva voz. Estes sistemaspodem também ter potencialida-des permanentes de gravação.Impressoras que registram a hora,a data, a localização e a outras

informações pertinentes são insta-ladas normalmente em grandesfacilidades ou em Corpos deBombeiros onde um registro detodos os alarmes é requerido.

Integração de Sistemas

A figura 5 ilustra como os disposi-tivos previamente discutidos po-dem ser integrados em um siste-ma típico da detecção e de alar-me de incêndio. Dependendo da

aplicação, os sistemas podemvariar de muito simples às instala-


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ções extremamente complexase sofisticadas. Conseqüente-mente, nem todos os itens indi-cados irão ser necessariamenteincluídos em todos os sistemas. As unidades de controle moder-nas são projetadas e fabricadasno sistema modular. Cada fun-ção da entrada e de saída dosistema (isto é, controle da de-tecção, do alarme e do ventila-dor) é operada por um móduloeletrônico que é, via de regra,intercambiável com outros mó-dulos. Qualquer número de mó-dulos e, conseqüentemente,qualquer número de funções,

podem ser incorporados em umsistema.Este tipo de solução fornece umsistema flexível e confiável, comum projeto otimizado e o míni-mo em custos não obstante acomplexidade. Além disso, oconceito modular simplifica amanutenção do sistema. As funções de não detecção defogo, tais como a detecção deintrusão e a monitoração deequipamento podem também

ser incluídas para uma proteçãomais extensiva das facilidades.

Unidade de Controle

A unidade central de controleserve a uma finalidade quíntupla:

(1) recebe sinais dos dispositivosda detecção, e opera o alarme eos dispositivos suplementarescomo necessário;(2) fornece um sinal de problemaem caso de mau funcionamentodo sistema;(3) fornece pontos de teste dosistema;(4) fornece um ponto de controledo sistema; e(5) uma fonte de alimentaçãoelétrica ao sistema.

(continua na página 9)


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Conclusão:

A compreensão da detecção de fogo e dos sistemas de alar-me é de importância crescente para os consultores elétricosque, com freqüência também crescente, estão projetando eespecificando tais sistemas em seus projetos. Usar os detec-tores corretos, reconhecendo as circunstâncias predominan-tes, é importante.Um fator muito importante para o consultor elétrico não é so-mente a estar completamente familiarizado com os códigosde proteção fogo locais para seus projetos, mas ser capaz dereconhecer possíveis fraquezas em um código e poder reco-mendar um cliente a uma detecção de fogo e um sistema dealarme que forneça eficazmente a proteção a um edifício e a

O autor :

William E. DeWitt é professor de Tecnologia Elétrica e de Tecno-logia de Engenharia de Computação na Universidade de Purdueem Lafayette Ocidental, Indiana, Estados Unidos. Antes de partici-par na faculdade de Purdue em 1993, o professor DeWitt traba-lhou em firmas comerciais por seis anos. Durante 1975 a 1987, foiempregado pelo Corpo da Armada de Estados Unidos em Hunts-ville, Alabama, onde foi envolvido no projeto de grandes facilida-des de produção industrial e de outros programas da construçãodas forças armadas. O professor DeWitt recebeu graus de BSEEe de MSEE da universidade de Tennessee e é um coordenadorprofissional registrado.

O Conselho Editorial do Site Risco agradece ao Prof. Eng. DeWitt pela permissão do uso deste valioso material em nossa Newslet-ter.

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