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TRANSPORTE NEUMÀTICO
Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Transporte Neumático
TRANSPORTE NEUMÀTICO
Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
•Los transportadores neumáticos son empleados para la manutención de pequeños objetos o materiales a granel de fácil manejo.
•El sistema se basa en una corriente continua de aire que impulsa o arrastra los objetos manipulados por el interior de unos tubos adecuados
•Las diferencias de presión se logran, al introducir aire a presión a un sistema por encima o por debajo de la presión atmosférica
•La mezcla del material con el aire reduce el ángulo de rozamiento de tal manera que la masa se comporta como un fluido que puede manipularse como tal, a este proceso se le llama fluidización
Concepto:
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Definiciones:Velocidad Critica
Si V<Vc entonces no hay fluidizacion.Fluidizacion
Aplicación de aire sobre una particula (polvo) logrando que se comporte como un fluido.Plano Fluidizador.Lecho o Medio Fluidizador.
Velocidad de la Partícula.Vp ≈ Vfluido.
Manipulación NeumáticaConductosSilos.Ciclones.Etc.
Inclinación, pendiente, (%).Tobera.Venturi.
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Ventajas:Posibilidad de recorridos complejos, con un mínimo de espacio ocupado por las tuberías que pueden tener trayectoria ascendente, descendente, con curvas, bifurcaciones, etc.La limpieza que se mantiene en el ambiente ya que todo el sistema es cerrado.Bajos costos de mantenimiento.Fácil aspiración del material de estibas, vagones, almacenes a pesar de las dificultades que presentan los rincones y otros puntos de difícil acceso.Una planta con sistema de transporte por vía neumática se monta en menos tiempo que un sistema mecánico.
Desventajas:Consumo elevado de energía, 5 veces la necesaria para un transporte mecánico normal.Las distancias de transporte no son muy grandes, máximo 500m (usualmente inferiores a 300m) y capacidad hasta 300TM/hr.A grandes velocidades los materiales frágiles son desmenuzadles debido al impacto con los ductos.Limite en la granulometría del material a transportar.Peligro que el material transportado, tienda a aglomerarse llegando incluso a bloquear los ductos.Posibilidad que polvos fácilmente combustibles en la columna de aire formen una mezcla explosiva. La explosión puede ser provocada por la formación de cargas eléctricas estáticas.Dificultad de separar la mezcla aire – material, necesidad por lo tanto de utilizar separador voluminosos y costosos.
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Las diferencias de presión de aire se pueden lograr … ya sea :
Introduciendo aire a presión en un sistema.Aumentando la presión (sobre la atmósfera).Dejando entrar aire a presión atmosférica en un sistema de menor presión (succión)
Tipos de Flujo:Ascendente : El volumen del aire así como la diferencia de presión deberán ser lo bastante grande como para arrastrar al polvo venciendo la fuerza de gravedad .Descendente : El transporte es por gravedad y el aire que requiere es el suficiente para vencer la fricción.Horizontal : Se precisa caudales de aire y diferencia de presiones aún mayores para contrarrestar la tendencia a que el material que esta siendo transportado se asiente en la tubería o ducto
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Clases de TransportePor Succión o Presión Neumática
El transporte por aspiración, o sistema o a succión consiste en la movilización de polvo debido a una corriente de aire con una fuerza originada por la diferencia de presión. La presión de entrada es la atmosférica Las ventajas de los sistemas de aspiración son:
Poder transportar diferentes tipos de materiales.Poder disponer de varios puntos de alimentación.
Sus desventajas:Pocas distancias de transportes por baja diferencia de presión.Exigen mayores relaciones aire – polvoMayor consumo de energía.
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Transporte a Presión o Presión Positiva:
En este caso la presión de entrada de aire es mayor que la atmósfera y la de salida es la atmosférica Las ventajas de este sistema son:
Mayores distancias de transporte.Se puede descargar el material en varios puntos.
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Se distinguen…:Los sistemas de Baja Presión (0,35 a 0,80 Kg/cm2) que son las más usadas, permite el transporte de diferentes tipos de materiales y requiriéndose solamente sopladores.Los sistemas de Media Presión (1,05 a 3.15 kg/cm2) los que requieren el uso de compresores rotativos. La alimentación del material puede consistir en una bomba de sólidos. Para esta operación el material debe ser seco y pulverizado Los sistemas de Alta Presión (3,15 a 9 kg/cm2) requieren el uso de compresor y tanque de aire comprimido. Se tiene algunas referencias de haberse alcanzado 200 m de distancia acarreando 100 barriles / hora de cemento
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Transporte Mixto :
Consta de una parte de la línea trabajando a succión al quedar conectada a la boca de aspiración del ventilador y otra a presión conectada al lado de descarga. Tiene la ventaja de disponer de varios puntos de carga y de descarga .
Estas a su vez se pueden dividir en dos sistemas:
Con ventilador atravesado por el material.Con bombas no atravesadas por el material
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Zonas de los Sistemas de Transporte Neumático.
Zona de Mezcla:A presión se puede distinguir las siguientes formas de alimentación:
Alimentación por gravedad con fluidización.Alimentación por gravedad con ayuda de mecanismos.Alimentación por gravedad con ayuda de presión.
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Por Aspiración las principales características de los sistemas son:
El gradiente de presión se obtiene creando en el extremo receptor una presión menor que la atmósfera.La diferencia de presión disponible se limita a 2/3 de la presión atmosférica.La distancia del transporte esta limitada por la menor diferencia de presión disponible.La tendencia a exigir una relación aire / polvo relativamente elevada (en comparación con los requeridas en los sistemas a presión), por lo cual el consumo de energía puede ser mayor por unidad de peso transportada.Es particularmente adecuado para los casos en que deban disponerse varias bocas de entrada alternativas y un sistema recolector único.
Veamos varios sistemas de alimentación
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Zona de Separación :En esta zona se separa el polvo de la corriente en la que ha sido acarreado. Una completa retención del polvo rara vez es factible sin usar un equipo costoso.Para retirar el grueso polvo de la suspensión polvo / aire, se emplean colectores primarios.Un colector más eficiente es el colector secundario que elimina el polvo que queda en la enrarecida suspensión polvo / aire que descarga el colector primario
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Tipos de Colectores:
Ciclónicos.De Tela o Mangas.
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Compuertas :
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Sopladores :
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Ventiladores :
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Transporte Neumático de granos
Transporte Neumático de granos
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Filtro de mangas HD
Filtro modular HDT, ideal para silos y tolvas
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Cernidor cónico
Plansichter de un cajón
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Cernidor de línea (para transporte neumático)
Indicadores de Presión :
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Calculo de Transportadores Neumáticos
Capacidad a TransportarTrazado del sistema.Características físico-mecánicas del material.
Longitud equivalente del trazado.Concentración del material en la corriente de aire.Consumo de aire y diámetro de las tuberías.
Presión necesaria en la tubería principal del compresor o ventilador.Capacidad de compresor.Potencia del motor que acciona el dispositivo.
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Velocidad de la corriente de aire o Velocidad Critica
Es la velocidad mínima del aire para arrastrar la partícula mas pesada a la velocidad mínima de acarreo
a
maCVcγγ
⋅⋅=
C = Coeficiente que depende de la forma, tamaño y superficie delmaterial. Varia de 10 a 170 para partículas de forma esférica.
gm = Peso specific del material (TM/m3).
ga = Peso especifico del aire (TM/m3). (1.227 Kg/m3).
a = Tamaño del material en metros.
m/seg.
5.1⋅≈ ct VV
Vt = velocidad de transporte.
50% adicional a la velocidad critica
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32 Kg. Polvo/m3 aireMáximo valor admisible de concentración material / aire (vertical)
24 Kg. Polvo/m3 de aireMáximo valor admisible de concentración material / aire (horizontal)
9 m/sVelocidad mínima admisible del aire en tubería vertical
12 m/sVelocidad mínima admisible del aire en la tubería horizontal
64% para malla 100Tamaño de grano
750 Kg/m3Densidad aparente durante el transporte
VALORPROPIEDAD
Ejemplo
xxxXxXMuy fino
xXxXFino
xxxXGranular
xxXIrregular
xxXAterronado
CKTO CERRAD
O
ACTIVADO POR AIRE
SISTEMA CO MBINA
DO
ALTA PRESION
MEDIA PRESIO
N
BAJA PRESIO
N
VACIO
CLASIFICACION DE PARTICULAS
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xxxTermoplástic
xxxCorrosivo
xxxxFrágil
xTóxico
xxxxXxxpH (Alcalino)
xxxxXxxpH (ácido)
xXxxExplosivo
xxxXxxCombustible
xDelicuescente
xxxHigroscópico
xxXAltamente abrasivo
xxXMedianamente abrasivo
xxxxXxxLigeramente abrasivo
xxxxXxxNo abrasivo
CKTO CERRADO
ACTIVADO POR AIRE
SISTEMA CO MBINA
DO
ALTA PRESION
MEDIA PRESION
BAJA PRESION
VACIO
CARACTERISTICAS DEL
M ATERIAL
Energía necesaria para vencer la resistencia que se oponen a través de la tubería de transporte.
La Potencia en la ecuación se agrega a las perdidas en el compresor.Van a parte:
La potencia para sacar o introducir el polvo de la tubería de transporte.Las perdidas que ocurren por la caída de presión que ocurre en los separadores ciclónicos o filtros en el extremo de la descarga.
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( )7621 VAPP
Potencia⋅⋅−
= L = L1 + L2 + L3
Donde :
P1 = presión en el extremo de alta presión. (Kg/m2)
P2 = presión en baja.
V = velocidad media del aire.
A = área de la sección transversal de la tubería.
Aceleración del polvo desde el estado de reposo (como diferencia de presión)
gVFPP⋅⋅⋅
=−2
21
21γ
Donde :
γm = peso especifico de la mezcla polvo/aire (kg/m3).
F1 = Constante que considera las perdidas en la zona de aceleración debidas a la turbulencia y reaceleración de partículas en colisión con las paredes.
Varia de 2 a 3
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Rozamiento en la tubería
gDVLFPP⋅⋅⋅⋅⋅
=−2
22
21γ
Donde :
F2 = Coeficiente de rozamiento para tubos rectos.
va de 0 a 1 (ver tablas)
L = longitud.
D = diámetro interior de la tubería
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Por cambios de direccióngNVFcodosenperdidas
⋅⋅⋅⋅
=2
__2
3 γ
Donde :F3 = Coeficiente de rozamiento en los codos.N = numero de codos.
0.56 o mas
0.754
1.52
VALORES RECOMENDADOSRelación Radio de Curvatura/ D
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Para facilitar el cálculo :
2
3
FDFL eequivalent⋅
=
eequivalenttotal LLL += Aplicado en la formula de rozamiento de tuberías.
Entonces :
gDVLFPP total
⋅⋅⋅⋅⋅
=−2
22
21γ
Fuerzas gravitacionales
Esta relacionada con la necesidad de tener que elevar el polvo hasta el punto de descarga.
( ) HaireVolHW
VAHWPP G ⋅=
×⋅
=⋅⋅
⋅=− γ
.min_6021
Donde :
W = caudal de aire (kg/min)
H = elevación vertical
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Resistencia total en la zona de transporte
+
⋅+
⋅+⋅
⋅⋅=− HNF
DLFF
gVPP 3
21
2
21 2γ
Recordemos que el caudal del aire se puede hallar con las referencias sobre el polvo transportado / volumen de aire = γ
Luego :γWQs =
m3/min
Observemos que Qs es el aire en condiciones de la tuberia. Pero al aire libre se cumple una relacion ISOTERMA
330,10330,10+
⋅= msaPQQ
221 PPPm
+=Donde :
Además : tuberias AVQ ⋅=
Luego :V
QD s
⋅⋅=
π15
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En general la potencia necesaria para el motor será :
( ))(
766021 hpQ
PPPPPot a
SA ⋅⋅⋅
∆+−+∆= ∑
η
Donde :
DPa = Perdidas de presión en la zona de entrada.
(de 75 a 150 mm de H2O o kg/m2)
DPs = Perdidas de presión en la zona de separación.
(de 100 a 200 mm de H2O o kg/m2).
h= Bombas de succión de 50 a 70% y para ventiladores de 40 a 66%
Valores admisibles para el transporte neumático de materiales comunes
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Ing. Jorge Luis Castro Valdivia
Transporte de Sólidos por Sistemas NeumáticosProblema
Problema:Se desea transporta harina de trigo, de una planta de tranformacion a una planta galletera.Capacidad : 3.42 TM/hrLongitud total : 100 m.Longitud vertical total : 13 m.Número de codos (a 90º) : 3
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De tabla 3
240801.54.564% para malla 100 BS
560 Kg/m3Harina
VHVH
Kg de polvo/m
3de aire
Maximo
admisible
Admisible
Velocidad
Minima
Tamaño de grano
Densidad aparente durante el tranporte
Material
Calculo de diámetro de tubería aproximado. Aplicando un margen de seguridad del 50% sobre la velocidad mínima horizontal.
En una tubería de diámetro interior constante, la menor velocidad y la mayor densidad esta en el extremo de alimentación, de modo que para hallar una velocidad media aproximaremos con un 40 al 50% del máximo.
(tomando el 50% para Vm)
3/80__max_/775.65.15.4
mkgdeimoValor
segmVc≈
≈=×=γ
3/35_3/3645.080
/115.105.15.7
mkgtomaremos
mkg
segm
m =×=≈=×
γ
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Hallamos el diámetro promedio:
mV
QD sprom 056.0113515
5715 =
⋅⋅⋅=
⋅⋅=
ππ
Los tubos se fabrican en diámetros que varia de 5 en 5 mm.
Luego : Dint = 0.060m.
Luego corregimos en funcion de las siguientes formulas:
336006.015
57:
15
2
__
2
=⋅⋅
=
⋅⋅=×
π
γγ
πγ
luego
P
PD
WV
ABSm
ABSi
m
i
mm Ley de continuidad de Gases
Ley de Boyle
Como en el calculo previo se supuso un γm aproximado entonces podemos comprobar una mejor aproximación, con una Vmin = 11m/seg. (mas seguro)
3/5.3011336
336mKg
V
m
mm
==
=×
γ
γ
Si se desea afinar se puede calcular para mejorar un diámetro, pero no es necesario.
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Calculo global de la perdida de carga (aproximada)
+
⋅+
⋅+⋅
⋅⋅=− HNF
DLFF
gVPP 3
21
2
21 2γ
Para esto asumimos un tramo uniforme (toda la tuberia).
De tablas, F1= 2.5, F2= 0.05, F3=0.5 (elegimos la mayor relaciondiametral)
2/16824)(
1335.006.010005.05.281.92
115.30)(
21
221
mKgPP
PP
T
T
⋅=−
+
⋅+
⋅+⋅
⋅⋅=−
Suponiendo una temperatura razonablemente uniforme (isoterma)
3/2.44)103302
16824()1033016824(5.30:
:_2:
__
2
21__
mKg
P
Pluego
aatmosfericPcon
PPPademas
P
P
E
ABSm
ABSEmE
m
ABSm
ABSE
m
E
=
+
+⋅=⋅=
+=
=
γ
γγ
γγ
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Por lo tanto la velocidad de entrada :
segmsegmE
V
V
E
mm
/7/6.72.44336336
336≥===
=×
γ
γ
Mayor que el critico asumido, entonces es aceptable…
Cálculos corregidos y Definitivos.A) Tercer Tramo (ultimo)
geometricamediapresion
mKgPm
__2/28042
316824
3 =
=
Con:
L3= 33.3m, N3= 1,
H3= 0m.
Asumimos Pm3= 1500Kg/m2 esto por comprobar…
( )
segmVEntonces
V
mtuberiaunaconveamos
mKg
PP
m
mm
m
m
mmm
/17.1125.19215:
215075.015
57075.0____
3/25.19)18742(
)103301500(5.30
3
233
3
33
==
=⋅⋅
=⋅
==
+⋅=⋅=
πγ
φγ
γγ
OK!
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Si hubiera sido distinto (menor de 11) tendríamos tenido que aproximar otra caída de presión
Caída total de presión :
aceptable
mKgP
estoDe
mKgPP
PP
m 2/1400:_
2/2808)(
5.0075.03.33051.0
81.9217.1125.19)(
3
321
2321
≈
⋅=−
+
⋅⋅
⋅⋅=−
B) Segundo TramoCon:
L2= 33.3m, N2= 0,
H2= 0m.Con el tramo totalmente horizontal se puede asumir una caida:
( ) 3/23.24187421033045585.30
:2/455828082
3500
2/500,3
2
2
2
mKg
luego
mKgP
omanometric
mKgP
m
m
=+⋅
=
=+=
=∆
γ
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( )
segmVEntonces
V
mtuberia
mm
mm
/2.1023.24247247:
247070.015
57070.0_
22
222
===
=⋅⋅
=⋅
=
γ
πγ
φ
Para este tramo puede ser apropiado una tuberia de φ=70mm.
Veamos si es favorable:
El resultado aun es aceptable a pesar de ser < 11m/seg.
Luego aproximamos el F2 de este tramo = 0.052
La caída de opresión en este tramo será:
2/3150)(070.0
3.33052.081.922.1023.24)(
221
2221
mKgPP
PP
⋅=−
⋅
⋅⋅
⋅=−
Este valor es menor que el supuesto , por lo que habria que recalcular con 3150 para afinar pero lo dejamos aquí para este ejemplo.
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C) Primer Tramo de tubería (hasta la entrada)
( ) 3/79.3118742
1033092085.30:
2/9208280831502
6500
2/500,6
1
1
1
mKg
luego
mKgP
omanometricmKgP
m
m
=+⋅
=
=++=
=∆
γ
Con:
L1= 33.3m, N2= 2,
H2= 13m.
Con el tramo totalmente horizontal se puede asumir una caida:6500Kg/m2
Este valor se puede aproximar con :
232
1PPPP T ∆−∆−
=∆
Para este tramo suponemos una tuberia de φ=60mm.
Veamos si es favorable:
( )
segmVLuego
V
mtuberia
mm
mm
/6.1079.31
336336:
336060.015
57060.0_
11
211
===
=⋅⋅
=⋅
=
γ
πγ
φ
Aun es aceptable a pesar de ser < 11m/seg.
Luego aproximamos el F2 de este tramo = 0.051
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La caída de opresión en el tramo 1 será:
2/6157)(
1325.0060.0
3.33051.05.281.92
6.1079.31)(
121
2
121
mKgPP
PP
⋅=−
+
⋅+
⋅+⋅
⋅⋅=−
+
⋅+
⋅+⋅
⋅⋅=− HNF
DLFF
gVPP 3
21
2
21 2γ
El valor es un poco menor que 6500, supuesto, por lo que podiarecalcularse pero lo dejaremos alli
Condiciones calculadas para el sistema completo.
32121 )( PPPPP ∆−∆−∆=−
2/2.12/115,12)(280831506157)(
21
21
cmKgmKgPPPP
==−−−=−
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Valor de g a la presión atmosférica
( )
+
−⋅
=
⋅=
=
⋅⋅=×
103302
103305.30
:
15
21.
_
..
_
..
2
TaatmosfericP
ABSm
aatmosfericPmaatmosfericP
ABSm
aatmosfericP
m
aatmosfericP
mm
PP
PP
luegoPPD
WV
γ
γγ
γ
γπ
γRecordemos…
Velocidad del aire en la tuberia de mayor Radio (descarga)
!/2.11
22.19075.01557
15:
15
2
2
2
OKsegmV
V
DWVluego
DWV
atm
atm
atmatm
atmatm
=⋅⋅⋅
=
⋅⋅⋅=
⋅⋅=×
π
γπ
πγ
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( )
3/22.19
103302
12115103305.30
103302
103305.30
.
.
21.
mKg
PP
aatmosfericP
aatmosfericP
TaatmosfericP
=
+
⋅=
+
−⋅
=
γ
γ
γ
Volumen Neto de aire necesario
( )
min/37.3
10330
103302
2808
602.114075.0
10330
10330260
4
3
2
3212
_
_argarg_
mQ
Q
PP
VDQ
PP
VAQ
neto
neto
neto
ABSatm
ABSmadescadesctubneto
=
+⋅
⋅⋅
⋅=
+−
⋅
⋅⋅
⋅=
⋅⋅=
π
π
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Potencia Requerida
KWP
P
KWaconversion
PPVAP
neta
neta
Tadescadesctubneta
88.5102
121152.1100442.0
__102102
)( 21argarg_
=
⋅⋅=
=
−⋅⋅=
Aplicando márgenes de seguridad para selección de equipos.
Para la Presion neta = 1.25
Para el caudal neto = 1.15
CFMQluegomCFconversion
mQ
mKgP
neto
neto
totneta
1383.359.3:/3.35:
min/9.315.137.3
2/1514425.112115
3
3
_
=×=
=×=
=×=∆