ES2253726T3 - Procedimiento y dispositivo para la alimentacion de los turborreactores de una aeronave en vuelo automatico. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la alimentacion de los turborreactores de una aeronave en vuelo automatico.Info
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Abstract
Procedimiento de alimentación de carburante de los turborreactores (M1 a M4) de una aeronave multirreactor (A) que vuela en régimen de piloto automático, procedimiento según el cual la alimentación de carburante de cada uno de dichos turborreactores está subordinada a un valor de consigna EPRt, común a todos dichos turborreactores y que corresponde a un valor particular de la relación EPR entre las presiones de los gases en la salida y en la entrada de los turborreactores, dependiendo dicho valor de consigna EPRt de la orden de empuje automática y de las condiciones de vuelo de la aeronave, caracterizado porque, en vuelo horizontal con altitud estabilizada de dicha aeronave (A), dicho valor de consigna EPRt común se convierte en un valor de consigna N1t unido a la velocidad de rotación N1 del compresor de aire de dichos turborreactores y porque la alimentación de carburante de todos dichos turborreactores está subordinada a dicho valor de consigna N1t.
Description
Procedimiento y dispositivo para la alimentación
de los turborreactores de una aeronave en vuelo automático.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo para la alimentación con carburante
de los turborreactores de una aeronave multirreactor que vuela en
régimen de piloto automáti-
co.
co.
Es sabido que dichos turborreactores están
regulados por un parámetro fiable, llamado parámetro de conducción,
representativo del nivel de empuje de dichos turborreactores y que
existen dos tipos de parámetros de conducción, uno de los cuales es
la relación EPR entre las presiones de los gases en la salida y en
la entrada de los turborreactores y el otro está unido a la
velocidad N1 del compresor de aire de estos últimos, como se
describe en la patente US 5 224 340 A.
Para un turborreactor determinado, la naturaleza
del parámetro de conducción, a saber la relación EPR o la velocidad
N1, la fija el fabricante de dicho turborreactor.
En función de las condiciones de vuelo (número de
Mach, altitud, presión, temperatura,...) y del empuje exigido por un
turborreactor, un ordenador asociado específicamente a este último,
calcula un valor de consigna para el parámetro de conducción de
dicho turborreactor y gestiona el caudal de carburante inyectado en
éste para ajustar el valor medido de dicho parámetro de conducción a
dicho valor de
consigna.
consigna.
En particular cuando la aeronave está en vuelo
automático horizontal con la altitud estabilizada, el empuje de
dichos turborreactores es gestionado automáticamente por el sistema
de control automático de empuje, que, en función de dichas
condiciones de vuelo, determina dicho valor de consigna del
parámetro de conducción de los motores. Si este último parámetro es
la relación EPR, el sistema de control automático de empuje
determina un valor de consigna EPRt y todos los turborreactores de
la aeronave pasan a seguir este valor de consigna común. Sin
embargo, aunque subordinados en común a este valor de consigna
EPRt, dichos turborreactores presentan, debido al hecho de sus
diferencias de posicionamiento en el flujo aerodinámico alrededor de
la aeronave, velocidades de rotación de sus compresores de aire
diferentes. Esto provoca unas vibraciones, en particular sonoras, en
la aeronave, que perjudican la comodidad de los pasajeros y de la
tripulación.
La presente invención tiene por objeto remediar
este inconveniente.
Con este fin, según la invención, el
procedimiento de alimentación con carburante de los turborreactores
de una aeronave multirreactor que vuela en régimen de piloto
automático, procedimiento según el cual la alimentación de
carburante de cada uno de dichos turborreactores se subordina a un
valor de consigna EPRt, común a todos dichos turborreactores y que
corresponde a un valor particular de la relación EPR entre las
presiones de los gases en la salida y en la entrada de los
turborreactores, dependiendo dicho valor de consigna EPRt de la
orden de empuje automático y de las condiciones de vuelo de la
aeronave, es notable porque, en vuelo horizontal con altitud
estabilizada de dicha aeronave, dicho valor de consigna EPRt común
se convierte en un valor de consigna N1t asociado a la velocidad de
rotación N1 del compresor de aire de dichos turborreactores y porque
la alimentación de carburante de todos dichos turborreactores se
ajusta a dicho valor de consigna N1t.
Así, en esta forma de vuelo, los compresores de
aire de todos los turborreactores de la aeronave son subordinados a
la misma velocidad de rotación, lo que elimina las vibraciones
mencionadas más arriba.
Es notable que la puesta en práctica de la
presente invención:
- -
- necesita convertir el valor de consigna EPRt en un valor de consigna N1t, lo que es fácil ya que los fabricantes de turborreactores facilitan tablas de conversión que, para diferentes parámetros de vuelo tales como altitud, número de Mach, presión, temperatura, ..., indican el valor de la velocidad de rotación N1 correspondiente a un valor del parámetro EPR;
- -
- necesita la medición del parámetro N1 en dichos turborreactores para poder ajustar la velocidad de rotación del compresor de aire de éstos al valor de consigna N1t; sin embargo, con otros fines, se realiza dicha medición sistemáticamente en los turborreactores cuyo parámetro de conducción es la relación EPR, de modo que la medición del parámetro N1 está ya disponible a bordo de la aeronave; y
- -
- degrada en cierto modo las prestaciones de los turborreactores, ya que la regulación con la ayuda del parámetro de conducción N1 de un turborreactor cuyo parámetro de conducción sea, por su construcción, la relación EPR no puede ser óptima. Por este motivo, para evitar consecuencias perjudiciales dicho modo degradado de funcionamiento, la sustitución del valor de consigna EPRt por el valor de consigna N1t está ventajosamente sometida a una o varias condiciones suplementarias.
Una de ellas es que el número de Mach de la
aeronave es superior a un primer umbral más allá del cual pudieran
funcionar dichos turborreactores muy por debajo de sus prestaciones.
Dicho primer umbral puede ser del orden de 0,45 Mach.
Otra de estas condiciones suplementarias puede
residir en que las diferencias entre, por una parte, el valor máximo
de la relación EPR en el cual pueden funcionar los turborreactores
y, por otra parte, cada uno de los valores actuales de dicha
relación, medidos para cada uno de los turborreactores, son
superiores a un segundo umbral más allá del cual dichos
turborreactores no podrían mantener la velocidad de la aeronave.
Dicho segundo umbral puede ser al menos aproximadamente igual a
0,02.
De modo conocido, el sistema de alimentación de
carburante de los turborreactores de una aeronave multirreactor que
vuela en régimen de piloto automático, siendo el parámetro de
conducción de cada uno de dichos turborreactores la relación EPR
entre las presiones de los gases en la salida y en la entrada del
turborreactor correspondiente y comportando dicha aeronave:
- -
- unos medios para medir el valor actual de dicho parámetro de conducción EPR para cada uno de dichos turborreactores;
- -
- unos medios para medir el valor actual de la velocidad de rotación N1 del compresor de aire de cada uno de dichos turborreactores, está constituido por una pluralidad de dispositivos de alimentación estando cada uno de ellos asociado a uno de dichos turborreactores y comporta:
- -
- un primer ordenador que genera, a partir de la orden de empuje automático y de las condiciones de vuelo actuales, un valor de consigna EPRt para dicho parámetro de conducción EPR, siendo dicho valor de consigna EPRt idéntico para todos los turborreactores;
- -
- un dispositivo de subordinación que recibe dicho valor de consigna EPRt y el valor medido actual correspondiente de dicho parámetro de conducción EPR y que tiende a ajustar dicho valor medido actual a dicho valor de consigna EPRt;
- -
- un segundo ordenador accionado por dicho dispositivo de subordinación y que calcula el caudal de carburante a dirigir a dicho motor para ajustar dicho valor medido actual del parámetro de conducción al valor de consigna EPRt; y
- -
- unos medios de alimentación de carburante accionados por dicho segundo ordenador y que suministra a dicho motor el caudal de carburante calculado por éste.
De conformidad con la presente invención, dicho
sistema de alimentación de carburante es notable:
- -
- porque cada dispositivo de alimentación comporta, en paralelo, en dicho dispositivo de subordinación a dicho valor de consigna EPRt, el montaje en serie:
- \bullet
- de una tabla de conversión, idéntica para todos dichos dispositivos de alimentación y conectada a dicho primer ordenador para recibir dicho valor de consigna EPRt, siendo dicha tabla de conversión apta para convertir dicho valor de consigna EPRt en un valor de consigna N1t de dicha velocidad de rotación N1; y
- \bullet
- de un dispositivo de subordinación que recibe dicho valor de consigna N1t y el valor medido actual correspondiente de dicha velocidad de rotación N1 y que tiende a alinear este valor medido actual con dicho valor de consigna N1t;
- -
- porque cada dispositivo de alimentación comporta, entre dichos dispositivos de subordinación a los valores de consigna EPRt y N1t, por una parte, y dicho segundo ordenador, por otra parte, un medio de conmutación apto para conectar a este último, en un primer estado, dicho dispositivo de subordinación asociado al valor de consigna EPRt, y, en un segundo estado, dicho dispositivo de subordinación asociado al valor de consigna N1t; y
- -
- porque dichos medios de conmutación son accionados en común por un dispositivo de mando para pasar de dicho primer estado a dicho segundo estado cuando la aeronave está en vuelo automático horizontal con altitud estabilizada.
Ventajosamente, dicho dispositivo de mando es del
tipo puerta ET, que solamente emite una orden de conmutación cuando
todas sus entradas, que reciben entre otras unas señales
representativas del hecho que la aeronave está en vuelo automático y
que este vuelo se efectúa en horizontal con altitud estabilizada,
son alimentadas. A la inversa, gracias a dicha estructura de dicho
dispositivo de mando, dichos medios de conmutación vuelven a pasar
de dicho segundo estado a dicho primer estado, en cuanto una de
dichas señales representativas desaparece.
De preferencia, con el fin de evitar cualquier
paso intempestivo y prematuro de los medios de conmutación de su
primer estado a su segundo estado, se preve un dispositivo de
temporización entre dicho dispositivo de mando y dichos medios de
conmutación.
Huelga decir que estos medios de conmutación
pueden presentar cualquier forma tecnológica posible, de preferencia
del tipo sólido.
Las figuras del dibujo adjunto harán comprender
como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias
idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 muestra en perspectiva un avión de
carga cuatrirreactor.
La figura 2 es una vista esquemática en
perspectiva y en explosión de uno cualquiera de los turborreactores
del avión de la figura 1.
La figura 3 es el esquema sinóptico del sistema
de alimentación del carburante de dichos turborreactores, según la
presente invención.
El avión A mostrado esquemáticamente en la figura
1 comporta dos alas WD y WG, simétricas entre sí en relación con el
fuselaje B de dicho avión. El ala WD lleva un motor externo M1 y un
motor interno M2. Asimismo, el ala WG lleva un motor interno M3 y un
motor externo M4.
Como se muestra esquemáticamente en la figura 2,
cada motor M1 a M4 es del tipo turborreactor con doble flujo y
comporta, de forma conocida, un generador central de aire caliente
5, un compresor de aire 6, unos pasos de compresor 7, una turbina 8,
una disposición de tobera 9, dos tapas laterales 10 y 11 y una
tapa de entrada de aire 12.
De modo igualmente conocido, el parámetro de
conducción de cada uno de dichos motores - parámetro que es
representativo del nivel de empuje del motor correspondiente es el
conocido en aeronáutica bajo la designación EPR (Engine
Pressure Ratio) y que es igual a la relación entre la
presión de los gases en salida de la turbina 8 y la presión de los
gases en la tapa de entrada de aire 12. Se obtiene una medición
EPRm.1 a EPRm.4 de este parámetro de conducción, respectivamente
para los motores M1 a M4, disponiendo un sensor de presión 13 en la
tapa de entrada de aire 12 y un sensor de presión 14 en la salida de
la turbina 8 y dirigiendo las mediciones de dichos sensores 13 y 14
a un divisor 15.
Por otra parte, está previsto un sensor de
velocidad de rotación 16 para dar la medición de N1m.1 a N1m.4 de
la velocidad de rotación N1 del compresor de aire 6 de cada uno de
dichos motores M1 a M4, respectivamente.
El sistema de alimentación de carburante de los
turborreactores M1 a M4 está ilustrado esquemáticamente por la
figura 3, en la cual se puede ver que este sistema está constituido
por cuatro dispositivos de alimentación D1 a D4, respectivamente
asociados a los turborreactores M1 a M4.
Cada dispositivo de alimentación D1 a D4
comporta:
- -
- un primer ordenador 20.1 a 20.4 que recibe, por una parte, la orden de empuje automática común correspondiente a las posiciones de las manillas 21.1 a 21.4 y, por otra parte, las condiciones de vuelo actuales que aparecen en las entradas 22.a, 22.b, ..., 22.n. Estas condiciones de vuelo actuales son unas mediciones de, por ejemplo, el número de Mach al cual vuela el avión A, la altitud de vuelo de este último, la presión y la temperatura del entorno de dicho avión, etc. A partir de estas informaciones de entrada, cada primer ordenador 20.1 a 20.4 calcula un valor de consigna EPRt para dicho parámetro de conducción EPR, siendo este valor de consigna idéntico para todos los dispositivos D1 a D4;
- -
- recibiendo un primer dispositivo de subordinación 23.1 a 23.4 dicho valor de consigna EPRt y el valor medido actual EPRm.1 a EPRm.4 de dicho parámetro de conducción EPR. El primer dispositivo de subordinación 23.1 a 23.4 tiene por objeto tender a ajustar dicho valor medido actual de EPRm.1 a EPRm.4 al valor de consigna EPRt;
- -
- una rama de circuito, montada en paralelo en dicho primer dispositivo de subordinación 23.1 a 23.4 y que comprende:
- \sqbullet
- una tabla T, idéntica para todos los dispositivos D1 a D4, que recibe, por una parte (de modo no representado paria mayor claridad) las condiciones de vuelo que aparecen en las entradas 22.a a 22.n, y por otra parte, dicho valor de consigna EPRt de dicho primer ordenador 20.1 a 20.4 y apto para convertir dicho valor de consigna EPRt en un valor de consigna N1t de dicha velocidad de rotación N1 de los compresores de aire 6; y
- \sqbullet
- un segundo dispositivo de subordinación 24.1 a 24.4 que recibe dicho valor de consigna N1t y el valor medido actual correspondiente N1m.1 a N1m.4. El dispositivo de subordinación 24.1 a 24.4 tiene por objeto tender a ajustar dicho valor medido actual N1m.1 a N1m.4 al valor de consigna N1t;
- -
- un medio de conmutación accionable 25.1 a 25.4 unido, en un primer estado, a la salida de dicho primer dispositivo de subordinación 23.1 a 23.4 subordinación 24.1 a 24.4;
- -
- un segundo ordenador 26.1 a 26.4 accionado, según el estado del medio de conmutación accionable 25.1 a 25.4, ya sea por el primer dispositivo de subordinación 23.1 a 23.4, o bien por el segundo dispositivo de subordinación 24.1 a 24.4 y que calcula el caudal de carburante a dirigir al motor M1 a M4 para ajustar el valor medido actual EPRm.1 a EPRm.4 o N1m.1 a N1m.4 del parámetro de conducción EPR o N1 al valor de consigna EPRt o N1t; y
- -
- unos medios de alimentación de carburante (electroválvulas) 27.1 a 27.4, en relación con un circuito de comburente 28.1 a 28.4, accionados por dicho segundo ordenador 26.1 a 26.4 y que suministran al motor M1 a M4 el caudal de carburante calculado por este último.
Por otra parte, el sistema de alimentación de
carburante comporta un dispositivo de mando 29, por ejemplo del tipo
puerta ET, para accionar en común los medios de conmutación 25.1 a
25.4. Las entradas 30.a a 30.e de dicho dispositivo de mando 29
reciben unas señales eléctricas respectivamente representativas:
- -
- de que el avión A se encuentra en pilotaje automático;
- -
- de que el parámetro de conducción usual de los motores M1 a M4 es el parámetro EPR;
- -
- de que el avión A está en vuelo horizontal con altitud estabilizada;
- -
- de que el número de Mach con el cual vuela el avión A es al menos igual a un umbral, por ejemplo igual a 0,45 Mach; y
- -
- de que las diferencias entre, por una parte, el valor máximo de la relación EPR en el cual pueden funcionar los turborreactores M1 a M4 y, por otra parte, cada uno de los valores actuales EPRm.1 a EPRm.4 de esta relación son superiores a un umbral, por ejemplo igual a 0,02, más allá del cual dichos turborreactores no podrían mantener la velocidad de la aeronave A.
Un dispositivo de temporización 31 puede estar
dispuesto entre el dispositivo de mando 29 y los medios de
conmutación 25.1 a 25.4, para evitar un accionamiento intempestivo
transitorio de estos últimos.
Así, cuando las condiciones que aparecen en las
entradas 30.a a 30.d del dispositivo de mando 29 no se cumplen, los
medios de conmutación 25.1 a 25.4 están en su primer estado y los
motores M1 a M4 son ajustados al valor de consigna EPRt.
En este caso, puede ocurrir que las velocidades
de rotación N1 de los compresores de aire 6 de los turborreactores
M1 a M4 sean diferentes, lo que genera vibraciones en el avión A.
Dichas vibraciones aparecen en particular cuando el compresor de
aire 6 de un turborreactor externo M1 (o M4) no presenta la misma
velocidad de rotación que la del turborreactor interno M2 (o M3)
correspondiente. Esto provoca entonces unas vibraciones en el ala WD
(o WG) correspondiente, con transmisión de dichas vibraciones por
esta última al fuselaje B.
Por el contrario, en cuanto estas condiciones se
realizan simultáneamente, el dispositivo de mando 29 hace conmutar,
con el retraso aportado por el dispositivo de temporización 31, los
medios de conmutación 25.1 a 25.4 que pasan entonces a su segundo
estado. Los motores M1 a M4 son entonces ajustados al valor de
consigna N1t.
Resulta entonces que los compresores de aire 6 de
todos los turborreactores M1 a M4 giran todos a la misma velocidad
N1, lo que elimina las vibraciones anteriormente mencionadas.
En cuanto desaparece una de dichas condiciones,
los medios de conmutación 25.1 a 25.4 vuelven a su primer estado y
los motores M1 a M4 son nuevamente ajustados al valor de consigna
EPRt.
Aunque, en la figura 2, se han representado los
medios de conmutación 25.1 a 25.4 de modo simbólicamente figurativo,
huelga decir que estos medios de conmutación pueden presentarse bajo
cualquier otra forma de realización.
Claims (8)
1. Procedimiento de alimentación de carburante de
los turborreactores (M1 a M4) de una aeronave multirreactor (A) que
vuela en régimen de piloto automático, procedimiento según el cual
la alimentación de carburante de cada uno de dichos turborreactores
está subordinada a un valor de consigna EPRt, común a todos dichos
turborreactores y que corresponde a un valor particular de la
relación EPR entre las presiones de los gases en la salida y en la
entrada de los turborreactores, dependiendo dicho valor de consigna
EPRt de la orden de empuje automática y de las condiciones de
vuelo de la aeronave, caracterizado porque, en vuelo
horizontal con altitud estabilizada de dicha aeronave (A), dicho
valor de consigna EPRt común se convierte en un valor de consigna
N1t unido a la velocidad de rotación N1 del compresor de aire de
dichos turborreactores y porque la alimentación de carburante de
todos dichos turborreactores está subordinada a dicho valor de
consigna N1t.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la sustitución del
valor de consigna EPRt por el valor de consigna N1t está además
sometido a la condición que el número de Mach de la aeronave (A) sea
superior a un primer umbral más allá del cual dichos turborreactores
podrían funcionar por debajo de sus prestaciones.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho primer umbral
es al menos aproximadamente igual a Mach 0,45.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la sustitución del
valor de consigna EPRt por el valor de consigna N1t está además
sometido a la condición de que las diferencias entre, por una parte,
el valor máximo de la relación EPR en el cual pueden funcionar
dichos turborreactores (M1 a M4) y, por otra parte, cada uno de los
valores actuales (EPRm.1 a EPRm.4) de esta relación, medidos para
cada uno de dichos turborreactores, son superiores a un segundo
umbral más allá del cual dichos turborreactores no podrían mantener
la velocidad de dicha aeronave.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque dicho segundo umbral
es al menos aproximadamente igual a 0,02.
6. Sistema de alimentación de carburante de los
turborreactores (M1 a M4) de una aeronave multirreactor (A) que
vuela en régimen de piloto automático, siendo el parámetro de
conducción de cada uno de dichos turborreactores la relación EPR
entre las presiones de los gases en la salida y en la entrada del
turborreactor correspondiente y comportando dicha aeronave - unos
medios (13 a 15) para medir el valor actual (EPRm.1 a EPRm.4) de
dicho parámetro de conducción EPR para cada uno de dichos
turborreactores;
- -
- unos medios (16) para medir el valor actual (N1 m.1 a N1 m.4) de la velocidad de rotación N1 del compresor de aire de cada uno de dichos turborreactores,
mientras que dicho sistema de
alimentación está constituido por una pluralidad de dispositivos de
alimentación (D1 a D4) cada uno de los cuales está asociado a uno
de dichos turborreactores y
comporta:
- -
- un primer ordenador (20.1 a 20.4) que genera, a partir de la orden de empuje automática y de las condiciones de vuelo actuales, un valor de consigna EPRt para dicho parámetro de conducción EPR, siendo dicho valor de consigna EPRt idéntico para todos los turborreactores (M1 a M4);
- -
- un dispositivo de subordinación (23.1 a 23.4) que recibe dicho valor de consigna EPRt y el valor medido actual correspondiente (EPRm.1 a EPRm.4) de dicho parámetro de conducción EPR y que tiende a ajustar dicho valor medido actual a dicho valor de consigna EPRt;
- -
- un segundo ordenador (26.1 a 26.4) accionado por dicho dispositivo de subordinación (23.1 a 23.4) y que calcula el caudal de carburante a dirigir a dicho motor para ajustar dicho valor medido actual del parámetro de conducción al valor de consigna; y
- -
- unos medios de alimentación de carburante (27.1 a 27.4) accionados por dicho segundo ordenador y que suministran a dicho motor el caudal de carburante calculado por éste,
caracterizado:
- -
- porque cada dispositivo de alimentación (D1 a D4) comporta, en paralelo, en dicho dispositivo (23.1 a 23.4) de subordinación a dicho valor de consigna EPRt correspondiente, el montaje en serie:
- \bullet
- de una tabla de conversión (T), idéntica para todos dichos dispositivos de alimentación (D1 a D4) y unida a dicho primer ordenador (20.1 a 20.4) para recibir dicho valor de consigna EPRt, siendo dicha tabla de conversión (T) apta para convertir dicho valor de consigna EPRt en un valor de consigna N1t de dicha velocidad de rotación N1; y
- \bullet
- de un dispositivo de subordinación (24.1 a 24.4) que recibe dicho valor de consigna N1t y el valor medido actual correspondiente (N1m.1 a N1m.4) de dicha velocidad de rotación N1 y que tiende a ajustar este valor medido actual a dicho valor de consigna N1t;
- -
- porque cada dispositivo de alimentación (D1 a D4) comporta, entre dichos dispositivos de subordinación (23.1 a 23.4 - 24.1 a 24.4) en los valores de consigna EPRt y N1t, por una parte, y dicho segundo ordenador (26.1 a 26.4), por otra parte, un medio de conmutación (25.1 a 25.4) apto para conectar a este último, en un primer estado, dicho dispositivo (23.1 a 23.4) de subordinación asociado al valor de consigna EPRt y, en un segundo estado, dicho dispositivo (24.1 a 24.4) de subordinación asociado al valor de consigna N1t; y
- -
- porque dichos medios de conmutación (25.1 a 25.4) son accionados en común por un dispositivo de mando (29) para pasar de dicho primer estado a dicho segundo estado cuando la aeronave (A) está en vuelo automático horizontal con altitud estabilizada.
7. Sistema según la reivindicación 6,
caracterizado porque dicho dispositivo de
mando (29) es del tipo puerta ET, que emite una orden de conmutación
a dichos medios de conmutación (25.1 a 25.4) solamente cuando todas
sus entradas (30.a a 30.d) son alimentadas.
8. Sistema según una de las reivindicaciones 6 ó
7,
caracterizado porque un dispositivo de
temporización (31) está dispuesto entre dicho dispositivo de mando
(29) y dichos medios de conmutación (25.1 a 25.4).
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