ES2292104T3 - Aparato de bombeo a alta presion. - Google Patents
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Abstract
Montaje intensificador de presión (30) que comprende: (i) un montaje de cuba de alta presión (32); (ii) medios de presurización (33); (iii) un primero y un segundo montaje de cierre del extremo; (iv) montaje de montura de tensión (31) adaptado para resistir la carga axial ejercida, en funcionamiento, a lo largo del eje longitudinal del montaje de cuba de alta presión; caracterizado por el hecho de que el montaje intensificador (30) comprende además al menos un pistón de sujeción (39) adaptado para precargar el(los) cierre(s) del extremo y el montaje de cuba de alta presión (32) contra el montaje de montura de tensión (32) a fin de sobreequilibrar las cargas en los extremos internos anticipadas. y en el que el montaje de cuba de alta presión (32) puede desacoplarse del montaje intensificador de presión (30) sin la necesidad de deshacer ningún hilo de rosca.
Description
Aparato de bombeo a alta presión.
La presente solicitud se refiere a métodos y
aparatos para producir presión. Es particularmente aplicable,
aunque no de un modo limitativo, en bombas de alta presión e
intensificadores de presión. Es particularmente aplicable en
aplicaciones donde se requiere un aparato que sea fácil de mantener
y que resulte higiénico.
Sustancias fluidas, como por ejemplo, productos
alimenticios líquidos, pueden ser tratados mediante la exposición a
presiones ultra elevadas. Por ejemplo, productos alimenticios
líquidos pueden ser preservados o de otro modo químicamente o
físicamente alterados después de una exposición a presiones ultra
elevadas. En un proceso convencional, la sustancia alimentaria se
carga en un contenedor a presión donde es presurizada a una presión
seleccionada durante un periodo de tiempo seleccionado para
conseguir el cambio físico o químico deseado. El contenedor a
continuación es despresurizado y el contenido es descargado. El
contenedor a presión puede ser seguidamente recargado con un nuevo
volumen de una sustancia no procesada y el proceso puede
repetirse.
Es conocida una variedad de bombas e
intensificadores de presión que pueden ser utilizados en este
proceso. Sin embargo, todos ellos sufren grandes desventajas con
referencia a la facilidad de mantenimiento e higiene. Una
disposición habitual de la técnica anterior se muestra en la figura
0. Esta ilustra intensificadores dobles con un diseño en el que las
piezas del componente están conectadas conjuntamente por conexiones
con hilo de rosca. Esto es solamente una de una variedad de
disposiciones constructivas de los componentes a presión, o una
montura que sostiene los componentes a presión se mantienen en su
sitio mediante componentes con hilos de rosca. Otro ejemplo se
describe en WO99/65341 (Flow Internacional Corporation) que utiliza
una horquilla para mantener los componentes a presión en su lugar
contra las presiones ultra elevadas generadas dentro del sistema
cuando está en funcionamiento. Los componentes de la horquilla se
mantienen unidos mediante componentes con hilos de rosca.
Una gran desventaja al utilizar hilos de rosca
en esta aplicación es que son susceptibles a la excoriación por
roscado. La excoriación puede ocurrir en una variedad de metales,
aunque en particular con acero inoxidable cuando un film de una
superficie óxida de acero inoxidable se estropea como resultado del
contacto metálico directo. La soldadura de fase sólida puede
entonces tener lugar (en donde se transfiere material de una
superficie a otra). Los síntomas de la excoriación incluyen daños
en la superficie y agarrotamiento y congelación del equipamiento.
La excoriación habitualmente tiene lugar cuando se utilizan tuercas
de acero inoxidable y tornillos de forma conjunta, donde los puntos
de contacto están sometidos a elevados pares de apriete.
La excoriación por roscado parece ser más
dominante con fijadores hechos de acero inoxidable, aluminio,
titanio y otras aleaciones que auto-generan un film
superficial de óxido durante la protección a la corrosión. Durante
el apriete del fijador, como se crea la presión entre el contacto y
el deslizamiento de las superficies con rosca, los óxidos
protectores se rompen, posiblemente eliminados, y los puntos altos
de metal de contacto se cizallan o encajan conjuntamente. Esta
acción de bloqueo-cizalladura-atasco
acumulada provoca el incremento de la adhesión. En las
circunstancias extremas, la excoriación conduce al gripado -la
congelación real conjunta de las roscas. Si el apriete es continuo,
el fijador puede desenroscarse o sus roscas pueden desgarrarse.
Se ha sugerido un número de formas para reducir
la excoriación por roscado. La lubricación de las roscas internas
y/o externas puede reducir la excoriación, aunque esto puede ser
impracticable en aplicaciones alimentarias o farmacéuticas debido
al potencial de contaminación del producto. El uso de diferentes
grados de aleación inoxidable para los componentes de tuercas y
tornillos reduce también la excoriación. Sin embargo, bajo las
presiones ultra elevadas generadas en sistemas de acuerdo con la
presente invención, la excoriación permanece como un serio
problema. Esto es particularmente serio en aplicaciones donde se
requieren desmontajes frecuentes para la limpieza y los cambios de
juntas de estanqueidad.
Esto conduce al segundo problema, que tenga
fácil mantenimiento y limpieza. Esto es un problema particular en
aplicaciones de alimentación y farmacéutica. Intensificadores de
presión conocidos en la materia, tales como los anteriormente
descritos, tienen que ser desmontados casi totalmente para
limpiarlos. Es decir, los hilos de rosca deben de estar
completamente desechos y los componentes tienen que ser desmontados
y separados de la unidad a limpiar, y los cierres herméticos tienen
que ser substituidos. Además, no hay disposición para esterilizar
los componentes de forma inmediata antes del montaje. El resultado
es que las actividades de limpieza y mantenimiento son un tiempo a
consumir y costear y pueden dar lugar a tiempos de parada
significativos. Es un objeto de la presente invención solventar, o
al menos atenuar, algunos o todos los problemas anteriormente
expuestos.
La patente GB 1235173 (Maschinenfabrik
Burckhardt A.G.) describe una mejora en la estructura cilíndrica de
una bomba o compresor de un solo pistón o
multi-etapa, especialmente en compresores que
funcionan a presiones muy altas, para el rápido montaje y
desmontaje de las partes interiores del cilindro.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un intensificador de presión tal como se reivindica en
la reivindicación 1.
Según otro aspecto de la presente invención se
proporciona un montaje de intensificador de presión que
comprende:
(i) un montaje de cuba de alta presión;
(ii) medios de presurización;
(iii) un primero y un segundo montaje de cierre
del extremo;
(iv) montaje de montura de tensión adaptado para
resistir la carga axial ejercida, en funcionamiento, a lo largo del
eje longitudinal del montaje de cuba de alta presión;
caracterizado por el hecho de que el montaje
intensificador comprende además al menos un pistón de sujeción
adaptado para recargar el cierre(s) del extremo y el montaje
de cuba de alta presión contra el montaje de montura de tensión
(32) a fin de sobreequilibrar las cargas en los extremos internos
anticipadas.
Esta disposición tiene la ventaja de que no se
requieren fijaciones con hilos de rosca dentro o asociadas con la
montura de tensión o los componentes a presión. Por lo tanto, no
existen hilos de rosca, y en consecuencia, no existe la posibilidad
de excoriación por roscado durante el desmontaje o montaje.
Preferentemente, el montaje de montura de
tensión toma la forma de una horquilla.
Preferentemente el montaje comprende además un
primer y segundo montaje de estanqueidad a alta presión, estando
dichos montajes de estanqueidad situados en cualquier extremo del
montaje de cuba de alta presión.
Preferentemente, dichos medios de presurización
comprenden un montaje de cilindro hidráulico.
Preferentemente, el montaje comprende además una
base.
En una realización particularmente preferida el
montaje de cuba de alta presión puede montarse de forma desacoplable
del montaje de intensificador sin la necesidad de desenroscar un
hilo de rosca. Esta disposición nueva es posible como resultado
directo de utilizar un pistón de sujeción para recargar los cierres
de los extremos. La eliminación de la presión y el retroceso del
pistón de sujeción permite que la cuba de alta presión sea extraída
de forma simple y sencilla.
Preferentemente, al menos un cierre del extremo
es recogible y, una vez retrocedido, el montaje está adaptado tal
que el montaje de cuba a presión puede desacoplarse del montaje
intensificador.
En una realización particularmente preferida
dicho montaje comprende además medios elevación para el montaje de
cuba de alta presión.
Preferentemente, el montaje de cuba de alta
presión está montado de forma pivotante con respecto a la base.
La presente invención se describirá ahora,
solamente a modo de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos
en los cuales:
La figura 0 ilustra una vista en sección
transversal de un intensificador de presión de la técnica anterior
en el que los componentes a presión se mantienen juntos por hilos de
rosca;
La figura 1 ilustra alzados laterales y
frontales esquemáticos de un montaje intensificador de presión que
muestra los componentes clave de acuerdo con una primera
realización;
La figura 2 ilustra el montaje intensificador de
presión de la figura 1 en una configuración denominada de
mantenimiento;
La figura 3 ilustra un montaje intensificador de
presión de la primera realización que incluye componentes de
funcionamiento adicionales;
La figura 4 ilustra una realización que
incorpora un elemento de protección que facilita la esterilización
del vapor;
La figura 5 ilustra alzados laterales y superior
de otra realización que muestra un montaje con un solo
intensificador en una orientación horizontal.
La presente invención se describirá ahora
solamente a modo de ejemplo. Estos ejemplos representan las mejores
formas conocidas por el solicitante para poner la invención en
práctica, aunque éstas no son las únicas formas en las que puede
realizarse.
La presente invención se refiere a un aparato
para producir altas presiones, intensificadores de presión,
aparatos para substancias de procesado a presión, tales como,
productos alimenticios y a sus métodos de uso y mantenimiento.
La figura 0 muestra una disposición típica de un
intensificador doble con un diseño convencional, que no incorpora
la invención reivindicada aunque es utilizado habitualmente en
sistemas que existen actualmente; en una planta industrial, y en
laboratorios donde se requieren niveles apropiados de presiones. En
este contexto el término "intensificador de presión" está
previsto para comprender cualquier aparato en el que se proporcionan
medios para multiplicar la presión en una cámara de trabajo a fin
de amplificar la presión total suministrada a un rodillo (por
ejemplo el casquillo de multiplicación de presión, acumulador de
presión). La cámara de trabajo que proporciona la característica de
multiplicar la presión puede estar separada de la cámara de trabajo
en contacto directo con el rodillo.
Los montajes intensificadores 10 en la figura 0
dependen de hilos de rosca 11, 12 para retener los componentes
principales y para resistir las substanciales fuerzas ejercidas
sobre los cierres de los extremos 13, 14 y el cuerpo de
acoplamiento central 15, que conecta la cuba de alta presión 16 con
el montaje de accionamiento de presión inferior 17. El
mantenimiento de estos intensificadores requiere herramientas de
ingeniería pesadas así como un esfuerzo manual considerable a fin
de liberar las roscas y separar los componentes principales para
obtener el acceso a las juntas de estanqueidad de trabajo 19, 20,
que requieren la substitución regular, especialmente en el extremo
más alto del grado de presión adecuado, que puede requerir presiones
del orden de 1000 Mpa. (aproximadamente = 150.000 Ib por pulgada
cuadrada). Los cierres de los extremos y las retenciones de la
sección central son todos hilos de rosca que requieren herramientas
de ingeniería tales como "barras de maniobra" y llaves de
ajuste para cualquier mantenimiento que se lleve a cabo.
La excoriación por roscado, tal como se ha
descrito anteriormente, es inevitablemente un problema de vez en
cuando con este tipo de montaje, que resulta además una complicación
a este tipo de montaje.
También se apreciará que durante el desmontaje
los componentes individuales deben de ser levantados manualmente y
puestos a un lado. Allí donde son previstos grandes intensificadores
puede crear problemas de salud y seguridad y pueden bien limitar el
tamaño físico de la unidad.
En resumen, la figura 0 ilustra una construcción
convencional de un intensificar. Los cierres de los extremos y las
retenciones de la sección central son hilos de rosca que requieren
herramientas de ingeniería tales como "barras de maniobra" y
llaves de ajuste para todo el trabajo interno de mantenimiento.
Una realización preferida de la presente
invención se muestra en la figura 1 en alzado frontal y lateral. El
intensificador 30 de la presente invención consta de un montaje de
montura de tensión 31 en el interior del cual se sitúan los
componentes clave que generan la presión. Este ejemplo ilustra una
disposición de doble cuba aunque es aplicable a una o una
pluralidad de disposiciones de cuba. En este contexto, y para evitar
cualquier duda, el término "pluralidad" tiene el significado
de uno o más.
La disposición del intensificador mostrada en la
figura 1 y descrita en esta y otras realizaciones puede ser
utilizada en una amplia variedad de aplicaciones de alta presión,
incluyendo el uso en gases de alta presión así como fluidos
líquidos.
En este ejemplo, el montaje de montura de
tensión se muestra como una horquilla alargada. Sin embargo, ésta
no es la única forma que puede tomar la montura de tensión. Una
amplia variedad de disposiciones físicas son posibles, incluyendo
una montura no continua, es decir, una montura que no envuelve
sensiblemente de forma completa los componentes que generan la
presión. Tal como se ilustra una horquilla ha demostrado ser una
disposición simple y efectiva y, como tal, es una de las
realizaciones preferidas.
Los componentes que generan la presión incluyen
un montaje de cuba de alta presión 32 y medios de presurización 33
que incluyen un pistón de accionamiento hidráulico 34 y un cilindro
de alta presión 35 asociado con un cilindro a presión de
accionamiento 38. El pistón de accionamiento 34 actúa a modo de un
cilindro intensificador y pistón principal a presión de
accionamiento. Las juntas de cierre superior 36 e inferior 37
reemplazables se proporcionan asociadas con los medios de cierre de
los extremos superior e inferior. Los montajes herméticos de los
cilindros son por lo tanto reemplazables. Las válvulas de retención
cargadas con muelle de entrada y salida 51 están construidas en el
cierre superior. Por el momento, los componentes y su montaje son de
un diseño, por lo general, convencional y de un tipo conocido de
per se. Sin embargo, la parte de la novedad de esta disposición
está en la incorporación de un pistón de sujeción 39 que significa
que reacciona contra la montura de tensión longitudinal a fin de
ejercer una fuerza axial elástica, que precarga los cierres de los
extremos y los topes de la cuba central para sobrebalancear
cualquier carga final interna anticipada. La disposición 50
proporciona la facilidad para el levantamiento de los pistones de
sujeción a fin de elevar las tapas y separar el montaje de cuba
(ver más adelante).
Esta disposición lleva con ello un número de
ventajas. En primer lugar, no se requiere ningún tipo de conexiones
con hilo de rosca para fijar los componentes de presión en su lugar
durante el funcionamiento. De este modo, la excoriación por roscado
no es, y nunca puede ser, un problema durante el montaje/desmontaje.
En segundo lugar, al aplicar una fuerza de sobrecompensación
cualquier movimiento/deformación elástico en la montura de tensión
puede ser fácilmente acomodada y las juntas de estanqueidad
permanecerán intactas y efectivas. En tercer lugar, y de forma
importante, al retroceder el pistón de sujeción 39 hacia la montura
de tensión se crea automáticamente el suficiente espacio para
permitir que la cuba de alta presión sea retirada para la limpieza,
el mantenimiento y substitución de juntas. Esta disposición se
muestra más claramente en la figura 2.
La figura 2, en el que se ha utilizado la
numeración correspondiente a la figura 1, muestra un método
preferido para recoger los pistones de sujeción y manipular el
montaje de cuba para obtener ganar acceso libre para la
substitución de las juntas de estanqueidad de alta presión. En la
figura 2 los pistones de sujeción 39 se muestran en su posición de
retroceso o retirada para proporcionar la holgura de separación para
las cubas de alta presión que tienen que ser manipuladas
desbloqueados del montaje de montura. Además, con la simple
automatización, el montaje de cuba puede ser manipulado de forma
automática en la posición para el fácil mantenimiento y
reposicionado y sujetado con enclavamientos para operaciones seguras
en presión.
La montura de tensión 31 está montada sobre una
base 40. También están montados sobre la base 40 medios de
elevación de la cuba mostrados de forma general como 41. En este
ejemplo, la cuba está montada de forma pivotante con respecto a la
base mediante una columna giratoria 42. Se sobreentenderá en este
contexto que el término "montada de forma pivotante" tiene un
amplio significado y está previsto que comprenda cualquier
configuración en el que la cuba pueda inclinarse fuera del plano
longitudinal de la montura de tensión. Esto requiere o implica la
presencia de un punto de pivote real como se muestra en la figura 2,
aunque esto es una disposición adecuada.
Se apreciará que el montaje a presión de
accionamiento 38 simplemente se asienta sobre el fondo de la montura
de tensión en esta disposición y también puede ser levantado hacia
fuera para la limpieza y mantenimiento si así se requiere.
Al incorporar un cilindro 43 que levanta la cuba
en la columna giratoria, la cuba puede ser levantada de forma libre
del montaje de cierre del cilindro 44 y a continuación balanceada
fuera de la línea de la montura de tensión. La cuba es de este modo
levantada para desbloquear la montura de cilindro en la separación.
Las cubas de alta presión se muestran en la figura 2 situadas fuera
del perfil y la línea general de la montura, proporcionando el
acceso libre y saneado hacia las juntas de estanqueidad para la
limpieza y mantenimiento.
El montaje, una vez se han substituido las
juntas de estanqueidad y se ha hecho cualquier limpieza o
mantenimiento, es una operación inversa del proceso anterior.
Al utilizar una disposición en el que la cuba
pivota fuera del eje longitudinal general del montaje es solamente
una de una variedad de disposiciones posibles. La cuba, o la montura
de tensión para este asunto, podría moverse de forma lateral o
hacia arriba o hacia abajo, con respecto la una de la otra
dependiendo de la orientación de la unidad.
La figura 3 muestra una extensión de la
invención reivindicada en el que se requieren los intensificadores
dobles para bombear líquidos con finalidades de homogeneización. Un
requisito esencial para esta aplicación es que todos los
componentes que entran en contacto con los productos del proceso
están higiénicamente limpios. La capacidad de abrir el montaje para
limpiar todas las superficies de los componentes mojados con agentes
de limpieza estériles es una gran ventaja del diseño de acuerdo con
la invención reivindicada.
Las válvulas accionadas con fuerza de cierre
efectivo pueden estar opcionalmente ajustadas y sincronizadas con
la carrera de los intensificadores a fin de mejorar la fiabilidad
del control de caudal. Esto proporciona un nivel de realización
terminado y por encima de las válvulas de retención cargadas con
muelle utilizadas más habitualmente. El uso de tales válvulas de
cierre efectivo es especialmente beneficioso cuando se bombea
sólidos suspendidos en fluidos en donde los materiales suspendidos
pueden atascar o de otro modo perjudicar el funcionamiento de las
válvulas de retención cargadas con muelle.
Se apreciará también a partir de la figura 3,
que el cuerpo del cilindro de presión de accionamiento ha sido
extendido. El cuerpo central extendido 62 aloja la longitud del
cilindro que no es permitida a entrar en la cámara de procesado. La
figura 3 ilustra el pistón y el montaje de cilindro 55 en una
posición elevada para facilitar la limpieza de la superficie
"mojada" de los cilindros.
Se apreciará que este tipo de intensificador
puede aplicarse para homogeneizar y en máquinas de rotura con celda
que pueden ser utilizadas para bombear varios líquidos y
suspensiones fluidas a alta presión a través de una válvula de
homogeneización u orificio u otro dispositivo de estrechamiento a
fin de emulsionar, activar o desactivar materiales para numerosos
procesos y finalidades.
La figura 4 muestra otro aspecto de la invención
que consiste en una mejora en una aplicación higiénica. Se
proporciona un elemento de protección cilíndrico 70 y este elemento
de protección está diseñado y adaptado para desplazarse en la
posición mostrada a medida que se separan las cubas y las tapas para
proporcionar un paso encerrado para la esterilización de vapor que
tiene que llevarse a cabo.
El montaje puede cerrarse con los elementos de
protección que permanecen en su sitio para evitar que superficies
esenciales queden expuestas al medio exterior. De este modo, en la
posición semicerrada, donde el montaje de cuba está en la posición
axial vertical dentro de la montura, aunque todavía elevada por
encima del portador hermético, los pistones de sujeción permanecen
retrocedidos de modo que existe el espacio por debajo y por encima
de los bloques de cuba de alta presión. Casquillos cilíndricos 70,
que habitualmente estarían aparcados para estar preparados, pueden
ser levantados en la posición para proteger los espacios abiertos.
También, el cilindro de alta presión se mueve especialmente en la
posición elevada para la finalidad. Puede inyectarse vapor de alta
o baja presión a través de las cámaras a fin de conseguir la
esterilización en última instancia de todas las superficies
importantes. La disposición está hecha para que el montaje sea
cerrado con los elementos de protección cilíndricos que descienden
a su posición habitualmente aparcada una vez se ha completado el
montaje de modo que las superficies esterilizadas permanecen
protegidas del contacto con el medio exterior ya sea durante como
después del proceso de esterilización.
La figura 5 muestra una variación de
intensificador simple de la invención reivindicada en el que todo el
montaje está opcionalmente montado de forma horizontal que tendría
ventajas en aplicaciones para laboratorios más pequeños donde se
prefiere la ubicación superior del banco. Los componentes en esta
versión simple y horizontal corresponden a los descritos en las
figuras 1 y 4 anteriores y son numerados de forma correspondiente.
El cilindro para levantar la cuba 143 en esta realización se alza
hacia arriba, fuera del lugar horizontal de la montura de
tensión.
Claims (12)
1. Montaje intensificador de presión (30) que
comprende:
(i) un montaje de cuba de alta presión (32);
(ii) medios de presurización (33);
(iii) un primero y un segundo montaje de cierre
del extremo;
(iv) montaje de montura de tensión (31) adaptado
para resistir la carga axial ejercida, en funcionamiento, a lo
largo del eje longitudinal del montaje de cuba de alta presión;
caracterizado por el hecho de que el
montaje intensificador (30) comprende además al menos un pistón de
sujeción (39) adaptado para precargar el(los)
cierre(s) del extremo y el montaje de cuba de alta presión
(32) contra el montaje de montura de tensión (32) a fin de
sobreequilibrar las cargas en los extremos internos anticipadas;
y en el que el montaje de cuba de alta presión
(32) puede desacoplarse del montaje intensificador de presión (30)
sin la necesidad de deshacer ningún hilo de rosca.
2. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en la reivindicación 1, en el que el montaje de montura
de tensión (31) toma la forma de una horquilla.
3. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el montaje comprende además un primer y segundo montaje de
estanqueidad a alta presión (36, 37), estando dichos montajes de
estanqueidad situados en cualquier extremo del montaje de cuba de
alta presión.
4. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que dichos medios de presurización comprenden un montaje de cilindro
hidráulico (34, 35).
5. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que el montaje comprende además una base(40).
6. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que al menos un cierre del extremo es recogible y, una vez
retrocedido, el montaje está adaptado de tal forma que el montaje
de cuba a presión puede ser desacoplado del montaje
intensificador.
7. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en la reivindicación 6, en el que dicho montaje
comprende además medios elevación para el montaje de cuba de alta
presión (41).
8. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en la reivindicación 6 o 7 cuando dependen de la 5, en
el que el montaje de cuba de alta presión (32) está montado de forma
pivotante con respecto a la base (40).
9. Montaje intensificador de presión tal como se
reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el
que dicho montaje comprende además un elemento de protección
cilíndrico (70) diseñado y adaptado para proporcionar un paso
encerrado para la esterilización de vapor que se lleva a cabo.
10. Montaje intensificador de presión tal como
se reivindica en la reivindicación 9, en el que dicho elemento de
protección (70) puede moverse.
11. Intensificador de presión tal como se
reivindica en la reivindicación 10, en el que el montaje puede estar
cerrado con el elemento de protección (70) permaneciendo en su
lugar.
12. Intensificador de presión tal como se
reivindica en la reivindicación 11, en el que el elemento de
protección cilíndrico (70) puede bajarse a una posición aparcada
una vez se completa el montaje.
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