Luminaria uorescente

Bulbos uorescentes en paralelo.

Se conoce por luminaria uorescente, al conjunto queforman una lmpara, denominada tubo uorescente, yuna armadura, que contiene los accesorios necesarios pa-ra el funcionamiento. En ciertos lugares se conoce co-mo luminaria solamente a la lmpara. La lmpara es dedescarga de vapor de mercurio a baja presin y se utili-za normalmente para la iluminacin domstica o indus-trial. Su ventaja frente a otro tipo de lmparas, como lasincandescentes, es su eciencia energtica.La lmpara consiste en un tubo de vidrio no revestido in-teriormente con diversas sustancias qumicas compuestasllamadas fsforos, aunque generalmente no contienen elelemento qumico fsforo y no deben confundirse con l.Esos compuestos qumicos emiten luz visible al recibiruna radiacin ultravioleta. El tubo contiene adems unapequea cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte,habitualmente argn o nen, a una presinms baja que lapresin atmosfrica. En cada extremo del tubo se encuen-tra un lamento hecho de tungsteno, que al calentarse alrojo contribuye a la ionizacin de los gases.

1 HistoriaEl ms antiguo antecedente de la iluminacin uorescen-te posiblemente sea el experimento realizado y descritoen 1707 por Francis Hauksbee, que gener por ionizacinelectrosttica del vapor de mercurio una luz azulada quealcanzaba para leer un escrito. Posteriormente el fsicoalemn Heinrich Geissler construy en 1856 un disposi-tivo mediante el cual obtuvo una luz de brillo azulado apartir de un gas enrarecido encerrado en un tubo y exci-tado con una descarga elctrica. Debido a su forma, estedispositivo pas a llamarse tubo de Geissler. En la Fe-ria Mundial de 1893 fueron mostrados dispositivos uo-rescentes desarrollados por Nikola Tesla.En 1891, el inventor estadounidense, y colaborador deTesla, Daniel McFarlaneMoore comenz a realizar expe-rimentos con tubos de descarga gaseosa. Cre as en 1894la lmpara Moore, que se trataba de una lmpara co-mercial que competa con las bombillas de luz incandes-centes inventadas por su antiguo jefe Thomas Alva Edi-son. Estas lmparas, que contenan nitrgeno y dixidode carbono, emitan luz blanca y rosada respectivamen-te, y tuvieron un xito moderado. En 1904, las primerasde estas lmparas se instalaron en unos almacenes de laciudad estadounidense de Newark. Como las labores deinstalacin, mantenimiento y reparacin de estas lmpa-ras eran dicultosas, no tuvieron xito.[1][2][3]

En 1901, Peter Cooper Hewitt mostr su lmpara de va-por de mercurio, la cual emita luz de coloracin verde-azulada, que era impropia para la mayora de los usosprcticos. Sin embargo, su diseo estaba muy cerca delde las lmparas actuales, adems de tener mayor ecien-cia que sus similares incandescentes.En 1926, Edmund Germer, Friedrich Meyer y HansSpanner propusieron incrementar la presin del gas den-tro del tubo y recubrirlo internamente con un polvo uo-rescente que absorbiera la radiacin ultravioleta emitidapor un gas en estado de plasma, y la convirtiera en unaluz blanca ms uniforme. La idea fue patentada al aosiguiente y posteriormente la patente fue adquirida porla empresa estadounidense General Electric y bajo la di-reccin de George E. Inman la puso a punto para su usocomercial en 1938.[4] Los conocidos tubos rectos y de en-cendido por precalentamiento se mostraron por primeravez al pblico en la Feria Mundial de New York en el ao1939. Desde entonces, los principios de funcionamien-to se han mantenido inalterados, salvo las tecnologas demanufactura y materias primas usadas, lo que ha redun-dado en la disminucin de precios y ha contribuido a po-

1

2 2 FUNCIONAMIENTO

pularizar estas lmparas en todo el mundo.

2 Funcionamiento

2.1 Con cebador y reactancia

Es un sistema de funcionamiento que va cayendo endesuso desde la aparicin de dispositivos electrnicos quehacen la misma funcin de mejor manera y con menorconsumo de energa. Se describe, de todos modos, por-que todava existen muchas luminarias de este tipo y se-guirn existiendo durante bastante tiempo, aunque aho-ra raramente se instalan nuevas. La Unin Europea, pro-moviendo el ahorro energtico, exige que los balastos deestas luminarias sean cada da ms ecientes, y eso solose puede lograr con balastos electrnicos. El Reglamen-to (CE) N245/2009 de la comisin del 18 de marzo de2009 prevea la prohibicin total de este tipo de balastos,e incluso de alguno electrnico de los menos ecientes,a partir de 2017,[5] pero en el reglamento 347/2010[6] halimitado dicha previsin a la prohibicin de los modelosmenos ecientes.En la gura de arriba se distinguen, aparte de la pro-pia lmpara, dos elementos fundamentales: el cebador(tambin llamado arrancador o partidor) y la reac-tancia o balasto, que proporciona reactancia inducti-va. En algunos pases de habla espaola se emplean ansus sinnimos ingleses starter y ballast.El cebador, partidor o arrancador est formado por unapequea ampolla de cristal que contiene gases a baja pre-sin (nen, argn y gas de mercurio) y en cuyo interiorse halla un contacto formado por una lmina bimetli-ca doblada en U. En paralelo con este contacto hay uncondensador destinado al doble efecto de actuar de amor-tiguador de chispa o apagachispas, y de absorber la ra-diacin de radiofrecuencias que pudiesen interferir conreceptores de radio, TV o comunicaciones. La presenciade este condensador no es imprescindible para el funcio-namiento del tubo uorescente, pero ayuda bastante a au-mentar la vida til del contacto del par bimetlico cuandose le somete a trabajar con altas corrientes y altas tensio-nes. Tanto el cebador como la luminaria acortan su vidatil cuanto ms veces se la enciende, por esta razn se re-comienda usar la iluminacin uorescente en regmenescontinuos y no como iluminacin intermitente.El elemento que provee reactancia inductiva se llamabalasto o balastro, aunque en algunos pases se lodenomina incorrectamente reactancia, que en realidades el nombre de la magnitud elctrica que provee, no delelemento. Tcnicamente es un reactor que est constitui-do por una bobina de alambre de cobre esmaltado, en-rollada sobre un ncleo de chapas de hierro o de aceroelctrico. El trmino balasto no debe ser confundido consu homnimo, el material usado en la construccin de vasde ferrocarril.

Al aplicar la tensin de alimentacin, los gases contenidosen la ampolla del cebador se ionizan, con lo que aumentasu temperatura lo suciente para que la lmina bimetli-ca se deforme, haga contacto cerrando el circuito, lo quehar que los lamentos de los extremos del tubo se ca-lienten al rojo vivo, y esto comienza la ionizacin de losgases en la proximidad de los lamentos. Al cerrarse elcontacto el cebador se apaga y sus gases vuelven a enfriar-se, por lo que un par de segundos despus el contacto seabre nuevamente. Esta apertura trae como consecuenciaque el campo magntico creado en la reactancia inductivadesaparezca bruscamente, lo que trae como consecuen-cia, de acuerdo con la ley de induccin de Faraday,[7] lageneracin de un pico de alta tensin (autoinduccin) quetermina de ionizar los gases. Se forma plasma conduc-tor dentro de todo el tubo uorescente y, por lo tanto, loatraviesa una corriente de electrones que interacta conlos tomos de Hg, Ar y Ne, excitndolos, los que emi-tirn luz al desexcitarse, principalmente en la regin delultravioleta (UV).La diferencia de potencial aplicada a los lamentos y altubo es pulsante, porque la tensin elctrica que alimentael circuito es corriente alterna de 50 Hz (en Europa,...) ode 60 Hz (en USA, Japn,...). Los lamentos poseen iner-cia trmica, pero el plasma no, lo que produce un velozparpadeo en la luz emitida, que puede molestar a algunaspersonas, producir dolor de cabeza y hasta convulsionesa quienes sufren de epilepsia. Este fenmeno se minimi-za al disponer los tubos en grupos, alimentados cada tubodesde fases distintas y con rejillas de dispersin estrobos-cpica. Este efecto se elimina con los modernos balastoselectrnicos.Los lamentos, al calentarse, desprenden electrones que,junto con el pico de autoinduccin, ionizan los gasesque llenan el tubo; se forma as un plasma que condu-ce la electricidad. Este plasma excita los tomos del va-por de mercurio que, al desexcitarse, emiten luz visibley ultravioleta. Estos lamentos estn recubiertos por unaespecie de polvo llamado TRIPLECARBONATO, estese utiliza para promover el salto de electrones entre el c-todo y el nodo y cada vez que se energiza el tubo uores-cente se desprende una pequea cantidad del lamento,que va formando la mancha negra que se aprecia en losuorescentes cuando estn cerca de cumplir su vida til,una vez que se ha agotado el triplecarbonato en los la-mentos, no hay forma de que se d el salto de electronesy por tanto el tubo uorescente deja de funcionar, a pesarde que todas las dems partes del tubo estn en perfectoestado. Por eso no se recomienda el uso de esta tecnologaen lugares donde se enciende y apagan constantemente.El revestimiento interior de la lmpara tiene la funcin deltrar y convertir la luz ultravioleta en visible. La colora-cin de la luz emitida por la lmpara depende del materialde ese recubrimiento interno. El material del tubo, vidriocomn, contribuye a reducir la luz UV que pudiera esca-par fuera de la luminaria.

2.2 Con balasto electrnico 3

Las lmparas uorescentes son dispositivos con pendien-te negativa de su resistencia elctrica, respecto de la ten-sin elctrica. Esto signica que cuanto mayor sea la co-rriente que las atraviesa, mayor es el grado de ionizacindel gas y, por tanto, menor la resistencia que opone al pa-so de dicha corriente. As, si se conecta directamente lalmpara a una fuente de tensin prcticamente constan-te, como la suministrada por la red elctrica, la intensidadtender a valores muy elevados, y la lmpara se destruiren pocos segundos. Para evitar esto, siempre se la conectaa travs de un elemento limitador de corriente para man-tenerla dentro de sus lmites de trabajo. Este elementolimitador, en el caso de la instalacin de la Figura 1, es elbalasto que provee reactancia inductiva, la que absorberla diferencia entre la tensin de alimentacin y la tensinde trabajo del tubo.Finalmente, la disminucin de la resistencia interna deltubo una vez encendido, hace que la tensin entre los ter-minales del cebador sea insuciente para ionizar el gascontenido en su ampolla y por tanto el contacto bimet-lico queda inactivo cuando el tubo est encendido.Hasta cerca de 1975 coexistieron en Argentina la alimen-tacin elctrica a domicilios mediante corriente alterna ycorriente continua, ambas de 220 voltios. Debido a esto,en este pas se invent cerca de 1950 un tipo de balas-to para corriente continua que aprovechaba la resistencianegativa de los gases ionizados de la luminaria para ge-nerar una oscilacin por relajacin de una frecuencia dealgunos kHz. El efecto de cebador o arrancador se logra-ba con un ruidoso sistema de contactos vibratorios que sedetenan en cuanto el tubo encenda. Tena como incon-veniente que cada tanto deba invertirse la polaridad paraque el desgaste de la luminaria fuera el mismo en amboslamentos.

2.1.1 Compensacin en lmparas uorescentes

El conjunto tubo uorescente-balasto-cebador posee ele-mentos reactivos (bobina y condensadores) que consu-men y ceden potencia reactiva respectivamente (la bobi-na la consume los condensadores la ceden). A menudo seintercala entre los terminales de entrada un condensadorque tiene la nalidad de permitir que el factor de potenciadel dispositivo sea cercano a 1. A este tipo de compensa-cin se le denomina compensacin en paralelo debidoa este arreglo.El siguiente clculo permite saber el valor (en pico o na-nofaradios) del condensador que hay que intercalar, yaque si es colocado uno de valor mayor al necesario, au-mentar la corriente y su consumo, por lo que es impor-tante encontrar el idneo.

C =P (tan'itan'f )

2fV 2

donde:

C es la capacitancia del condensador.

P es la potencia activa absorbida por el conjunto.

'i es el ngulo cuyo coseno es el factor de potenciainicial, antes de la compensacin.

'f es el ngulo cuyo coseno es el factor de potencianal, despus de la compensacin.

V es la tensin de entrada.

f es la frecuencia en hercios de la tensin de entrada.

Ejemplo: Si un tubo es de 18 W, con f = 50 Hz, V =230 V (CA) y con factores de potencia nal de 0,85 einicial de 0,226, el condensador a usar debe ser de 4 F(microfaradios).

2.2 Con balasto electrnico

Existe actualmente otro tipo de balasto o reactor, el balas-to electrnico, que consta de un circuito electrnico y unapequea bobina con ncleo de ferrita. Este balasto, a di-ferencia del balasto inductivo, se conecta al uorescentesin cebador y logra arranques instantneos de la lmparay sin parpadeos apreciables, o en otros modelos, arran-ques de una manera ms suave. En realidad, no se tratade un reactor en el sentido estricto del trmino, sino deun circuito electrnico con semiconductores que genera:

dos bajas tensiones para encender los lamentos delos extremos.

una alta tensin de alta frecuencia (decenas de kHz)aplicada entre los extremos.

Ambos procesos suman sus efectos para ionizar los ga-ses y as producir el plasma conductor que generar laradiacin UV. Por regla general, los tubos que empleanel balasto electrnico tienen un rendimiento lumnico no-tablemente superior, y una vida media mucho ms largaque los que usan el inductivo.Sus conexiones son muy sencillas:

El cable de fase y el neutro se conectan ambos di-rectamente a las dos entradas del balasto.

En este balasto hay dos pares de salidas, y cada pardebe conectarse a cada extremo (lamento) de lalmpara.

Como se dijo al principio, el fsforo que semenciona enel dibujo siguiente no es el elemento qumico llamado as,sino una sustancia qumica compuesta, que usualmente nocontiene fsforo.

4 4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

2.3 EncendidoLas lmparas uorescentes necesitan de unos momentosde calentamiento antes de alcanzar su ujo luminoso nor-mal, por lo que es aconsejable utilizarlas en lugares don-de no se estn encendiendo y apagando continuamente(como pasillos y escaleras). Por otro lado, como se hadicho, los encendidos y apagados constantes acortan no-tablemente su vida til.La condicin de la vida til de la lmpara uorescentespuede variar segn su uso y las condiciones ambientalesen que se encuentra, y puede establecerse entre 5000 y10 000 horas.Con el balasto o reactancia electrnica antes nombrado,sustituyendo a la reactancia tradicional y al cebador, elencendido del tubo es instantneo alargando de esta ma-nera la vida til. De todos modos, siempre tarda un tiem-po en llegar a su luminosidad normal.

3 Propiedades Luminosidad: las lmparas uorescentes tienen unrendimiento luminoso que puede estimarse entre 50y 90 lmenes por vatio (lm/W). La luminosidad dela lmpara depende no solamente del revestimientoluminescente, sino de la supercie emisora, demodoque al variar la potencia vara el tamao, por ejem-plo, la de 18 W mide unos 60 cm, la de 36 W, 1,20m y la de 54 W 1,80 m.

Vida til: es tambinmuchomayor que la de las lm-paras de incandescencia, pudiendo variar con facili-dad entre 5000 h y ms de 75 000 h (entre 5 y 75veces ms), lo que depende de diversos factores, ta-les como el tipo de lmpara uorescente o el equipode la luminaria que se utilice con ella.

Color: hay en el mercado distintos modelos con dife-rentes temperaturas de color. Esta est comprendi-da generalmente entre los 3000 K y los 6500 K (delblanco clido a luz da fro). Sin embargo, en la ac-tualidad se pueden conseguir tubos con una ampliagama de temperatura de color, lo que permite en-contrar con relativa facilidad modelos que van desde

los 2700 K hasta los 10 000 K, recomendndose laeleccin en funcin del uso y de la iluminancia quevaya a instalarse. Las lmparas de temperatura decolor alta (p.e. el color blanco 5000K) se recomien-dan cuando se necesite una buena reproduccin delcolor o con iluminancias altas; por el contrario, coniluminancias bajas o cuando se busquen coloracio-nes clidas, se elegir una temperatura de color baja.

4 Ventajas y desventajas

4.1 Consumo de energa

La gran ventaja de este tipo de lmparas es su, relativa-mente, reducido consumo, frente a las lmparas tradicio-nales de incandescencia e, incluso, frente a otros tipos delmpara, excepto los ms recientes. Eso ha llevado a unuso muy extenso, especialmente en edicios de uso p-blico y ocinas, pero en el consumo interviene no solola propia lmpara, sino tambin la luminaria y el sistemade encendido. Cualquier balasto de reactancia y cebadorconsume ms que su semejante de tipo electrnico, demodo que existen posibilidades de ahorro energtico so-lo con cambiar el balasto por uno ms moderno, cambioque adems elimina otros inconvenientes como el parpa-deo y el encendido diferido.

4.2 Parpadeo

Las lmparas uorescentes, con el sistema de encendidode reactancia y cebador, no dan una luz continua, sinoque muestran un parpadeo que depende de la frecuenciade la corriente alterna aplicada (por ejemplo: en Espaa,50 Hz).[8] Esto no se nota mucho a simple vista, pero unaexposicin continua a esta luz puede dar dolor de cabeza[cita requerida]. El efecto es el mismo que si se congura unmonitor de ordenador a 50 Hz.Este parpadeo puede causar el efecto estroboscpico, deforma que un objeto que gire a cierta velocidad podraverse esttico bajo una luz uorescente. Por tanto, en al-gunos lugares (como talleres con maquinaria) podra noser recomendable esta luz.El parpadeo, aunque poco perceptible, puede afectar no-tablemente la salud de algunas personas con algunos tiposmigraas, epilepsia y, en algunos casos, su efecto es tandevastador para la salud que hay quienes quedan exclui-dos completamente de algunos mbitos pblicos (biblio-tecas, trabajo, deportes,...) en los que suelen utilizarse es-te tipo de iluminacin.El parpadeo tambin causa problemas con las cmaras devdeo, ya que la frecuencia a la que lee la imagen del sen-sor puede coincidir con las uctuaciones (oscilaciones)en intensidad de la lmpara uorescente.Por contra, con un balasto electrnico no existe tal pro-

5blema, pues este dispositivo convierte la frecuencia de lacorriente de 50...60 hercios a 20 kilohercios y no se notael parpadeo ms que en una lmpara de incandescencianormal.

4.3 Vida tilLas lmparas uorescentes ven reducida su vida til si seencienden y se apagan frecuentemente, visto que su ac-cin de encender les cuesta mucho ms trabajo que man-tenerse encendidas.Las lmparas uorescentes con balasto antiguo no puedenconectarse a un atenuador normal o dimmer (un reguladorpara controlar el brillo). Hay lmparas especiales (de 4contactos) y controladores especiales que permiten usarun interruptor con regulador de intensidad.Desde mediados de la dcada de los 80, hay una solucinpara evitar estos inconvenientes, que es el balasto electr-nico, que ha cobrado gran importancia a partir de media-dos de los 90. En este sistema se hace funcionar al tubode la misma manera que en la forma tradicional pero estavez en una frecuencia de ms de 20 kHz con lo que se evi-ta completamente el efecto estroboscpico, logra que elparpadeo sea invisible para el ojo humano (y a su vez quelas cmaras de vdeo difcilmente logren captarlo), y quedesaparezcan ruidos por trabajar por encima del espectroaudible. En denitiva se obtiene una mejora del 10% enel rendimiento de la lmpara, un menor consumo, menorcalor disipado, silencio absoluto de la reactancia y mayorvida til a los tubos.[cita requerida]

Su longitud de onda antes de ser capturada por el fsfo-ro es de aproximadamente 250 a 370nm (nanmetros),dentro del espectro UV.

4.4 Otras desventajasSe debe tener en cuenta que este tipo de lmparas (uo-rescentes) son consideradas residuos peligrosos debido asu contenido de vapor de mercurio, por lo cual se debendesechar adecuadamente para evitar efectos ambientalesnegativos.[9][10][11][12] Normalmente, en Europa, hay pun-tos de recogida en la mayora de los supermercados, yes muy importante depositarlas sin romperlas, porque loms peligroso es su contenido de vapor de mercurio.

5 Referencias[1] Mr. Moores Etheric Light. The Young Newark Electri-

cians New And Successful Device.. New York Times.2 de octubre de 1896, Wednesday. Consultado el 26 demayo de 2008. Paid access.

[2] Gaster, Leon; Dow, John Stewart (1915). Modern illumi-nants and illuminating engineering. Whittaker & Co. pp.107111.

[3] Bright, Jr., Arthur A. (1949). The Electric-Lamp Industry.MacMillan. Pages 221223 describe Moore tubes. Pages369374 describe neon tube lighting. Page 385 discussesRislers contributions to uorescent coatings in the 1920s.Pages 388391 discuss the development of the commer-cial uorescent at General Electric in the 1930s.

[4] Plantilla:Ref patente

[5] Reglamento (CE) N245/2009 de la comisin del 18 demarzo de 2009

[6] Reglamento (UE) N347/2010 de la comisin del 21 deabril de 2010

[7] Gribben, John; The Scientists; A History of Science ToldThrough the Lives of Its Greatest Inventors"; RandomHouse; 2004; pp 424432; ISBN 978-0-8129-6788-3

[8] Exposure and Color Temperature Variations When Pho-tographing Under Fluorescent Lights

[9] http://www.epa.gov/waste/hazard/wastetypes/universal/lamps/index.htm

[10] LampRecycle.org Commercial Lighting: Lamp Recyclers

[11] EPA.gov Mercury-Containing Light Bulb (Lamp) Regu-latory Framework

[12] EPA.gov Mercury-Containing Light Bulb (Lamp) Collec-tion and Recycling Programs Where You Live

6 Vase tambin Lmpara Lmpara incandescente Lmpara halgena Luz de nen Lmpara de nen Lmpara uorescente compacta Plasma Mercurio (Hg)

7 Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre Lmparas uorescentesCommons.

Esquema elctrico de pantalla con dos lmparasuorescentes

6 8 TEXT AND IMAGE SOURCES, CONTRIBUTORS, AND LICENSES

8 Text and image sources, contributors, and licenses8.1 Text

Luminaria uorescente Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Luminaria%20fluorescente?oldid=81738051 Colaboradores: PACO,SpeedyGonzalez, Lourdes Cardenal, Sanbec, Dodo, Rsg, Tostadora, Tano4595, Ramjar, Joselarrucea, Wricardoh, 142857, Pati, Mor-gul~eswiki, Rembiapo pohyiete (bot), LP, Orgullobot~eswiki, RobotQuistnix, Alhen, Caiserbot, Yrbot, Saperaud~eswiki, Varano, Yurik-Bot, GermanX, Beto29, KnightRider, The Photographer, Azaceta~eswiki, Elchudi, Eskimbot, Bcoto, Tom Bombadil, BOTpolicia, Siquisai,CEM-bot, Jorgelrm, Javierpetrucci, Pacostein, Mister, Rastrojo, Rosarinagazo, Thijs!bot, ngel Luis Alfaro, Botones, Isha, Leonel Carac-cioli, Rrmsjp, JAnDbot, Darolu, Rambaut, Rafa3040, Muro de Aguas, Elrond 3097~eswiki, TXiKiBoT, Gustronico, Humberto, Algarabia,Pedro Nonualco, Chabbot, Biasoli, Oikema, VolkovBot, Technopat, Chechurisk, Matdrodes, Fernando Estel, Muro Bot, SieBot, Drinibot,BOTarate, Manw, Greek, Aleposta, Yix, Elfodelbosque, Jandeporas, JaviMad, HUB, Piero71, Eduardosalg, Leonpolanco, Ener6, Lluvia,Atila rey, MARC912374, AVBOT, JAQG, LucienBOT, Diegusjaimes, MelancholieBot, Joelcuervo, Arjuno3, Luckas-bot, Molta, AndresRojas, Yonidebot, Nixn, ArthurBot, SuperBraulio13, Jkbw, Carlos Molina Fisico, Jcmlv, Ricardogpn, Panderine!, Vubo, Anymex, Patru-BOT, Tomgu, Ricardv46, Foundling, Edslov, Waka Waka, MerlIwBot, Invadibot, Helmy oved, Polsaker, Legobot, Lautaro 97, Dr. GarcaMartnez., Jarould, BenjaBot y Annimos: 169

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Historia Funcionamiento Con cebador y reactancia Compensacin en lmparas fluorescentes

Con balasto electrnico Encendido

Propiedades Ventajas y desventajas Consumo de energa Parpadeo Vida til Otras desventajas

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