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16
CON'I ' ROLE DE UMIDADE NA DE PELLET-FEED Osmar Gomes Sampaio R E S U M O Foram realizados testes de filtragem na planta e em laboratório - para determinar a influência de diversas variáveis de processo na umidade do "filter cake" de minério de ferro. Com base nos testes, um programa de otimização operacional foi aplicado, com bons re- sultados na redução da umidade. Engenheiro de Processo na Usina de Pelotização da Samarco Mineração S/A. 549

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CON'I'ROLE DE UMIDADE NA filtrage セ Q@ DE PELLET-FEED

Osmar Gomes Sampaio

R E S U M O

Foram realizados testes de filtragem na planta e em laboratório -

para determinar a influência de diversas variáveis de processo na

umidade do "filter cake" de minério de ferro. Com base nos testes,

um programa de otimização operacional foi aplicado, com bons re­

sultados na redução da umidade.

Engenheiro de Processo na Usina de Pelotização da Samarco Mineração

S/A.

549

Moisture control in pellet-feed filtratioP.

ABSTRACT

Filtration tests were carried out at plant and laboratory

scale to determine the influence of various variables of the ーイセ@

cess on the moisture of iron ore filter cake. An optimization ッーセ@

rational program was applied and good results were obtained in

the reduction of moisture in filter cakes.

550

I - INTRODUÇlíO:

A Samarco Mineração S/A. foi projetada para a produção anual de 5 milhões

de toneladas de pelotas de minério de ferro e 2 milhões de "pellet-feed". pセ@r a a tender esta meta, a empresa dispõe de 16 filtros rota ti vos a vãcuo, de

diâmetro 8'10", 12 discos com 10 setores, com 110m2 de ãrea filtrante por filtro. A lavra e concentração, situa-se no município de セQ。イゥ。ョ。Mmg@ de onde o concentrado e transportado atê Ponta Ubu em Anchieta-ES, através de um ュセ@neroduto de 396 Km de extensão, onde a polpa com 62% de sólidos ê espessada

e filtrada. o "filter-cake" produzido alimenta a usina de pelotização e/ou ê transferi do para o pãtio de estocagem como "pe 11 et-feed" para exportação,

conforme mostra o fluxograma de produção da figura n9 1.

A etapa de concentração, por flotação catiônica da sílica, e a moagem secun

dãria conferem ao projeto uma versatilidade, do ponto de vista qu1mico e granulometrico, que permite a empresa diversificar seus produtos -pelotas e

"pellet-feed" - de modo a satisfazer os diferentes consumidores, cada vez mais exigentes, particularmente na época da recessão do mercado que 。エイ。カ・セ@samos. Essa diversificação leva, contudo, a se operar a filtragem com pol­pas de diferentes caracter1sticas, fato este acentuado pelo regime intermi­tente de polpa no mineroduto e a utilização de material da bacia de polpa

(slurry pond), constituído de minério mais fino, oriundo do retorno do põ da pelotização ,"overflow" dos espessadores e filtrado.

Hã quase dois anos, apôs vãrias experiências, adotamos um saco de fabrica­ção nacional, feito com fibra de nylon, multifilamento, com permeabilidade

de 110/120 CH1 a 1/2" de coluna d'ãgua. Como este saco atende a capacidade de produção de "filter-cake" da Samarco, os estudos se voltaram para 、ゥュゥョセ@ir a umidade dos filtros, com o objetivo de restringir o uso de bentonita no pelotamento ao m1nimo possível, evitando usã-la em demasia para absorver o excesso de umidade do "filter-cake".

II - EXPERirNCIAS FEITAS VISP.NDO O CONTROLE DE UmDADE E PRODUÇ)i.Q DOS FILTROS:

Os resultados obtidos nas experiências descritas a seguir, sõ são vãlidas

na integra se considerados o tipo de minério e o tecido filtrante utilizado normalmente na Samarco. Abaixo, tem-se o esquema do equipamento utilizado nos testes de laboratório:

551

2

5

3

1. Vãlvula de esfera 4. Leaf Test (ãrea filtrante = 0,00929 m2)

2. Vacuômetro 5. Bomba de vãculo 3. Tecido Filtrante 6. Coletor de filtrado.

1. Características da Polpa e Velocidade do Filtro:

1.1 -Perda ao Fogo:

Na jazida da Samarco são encontrados normalmente um tipo de minério 、セ@nominado normal (hematita associada ao quartzo) e um outro que e deno­minado minério hidratado (Goehtita associada ao quartzo). Para estes tipos de minério, no grãfico da figura nQ 2, tem-se a variação de umi­

dade ocasionada pela variação da P.F. do concentrado. Como exemplo de leitura deste grãfico, citamos que o aumento da PF de 0,4% para 1,8% e capaz de aumentar 0,9% na umidade.

A maior presença de minério nidratado significa uma maior PF no 」ッョ」・セ@

trado, o que continui para aumentar a umidade do "filter-cake". Os mi­nérios hidratados não permitem uma retirada da ãgua livre tão bem como

acontece com o minério normal.

Pela sua variação direta com a umidade dos filtros, o aumento da PF no concentrado constitue um fator negativo do ponto de vista do controle de umidade

1.2- Superfície Especifica:

Especificamente no caso da Samarco, em que a lavra e o beneficiamento/ do minério ficam situados a 400 Km da usina de pelotização, ãs vezes torna-se necessãrio operar a filtragem com polpa recuperada da bacia (slurry pond), cuja superfície varia de 2000 a 3000 cm2jg. Como a pro­

porção de mistura das polpas do mineroduto e da bacia nem sempre permj.

te um melhor controle de superfície da polpa a ser filtrada, ョ・」・ウウ ̄イセ@o se faz o conhecimento da sua influência dentro de uma faixa bem am­pla de operação.

552

A ゥョ ヲ ャオ セ ョ」ゥ。@ da S.E . セュッウエイ。、。@ nos grificos das figuras nQs 2 e 3. O

seu aumento de 1500 cm2/g para 2200 cm2jg, por exemplo, de acordo com

a figura 2 aumenta a umidade em 1,0 e de acordo com a figura nQ 3 di­

minui em cerca de 60% a produção. A SE da polpa a ser filtrada varia diretamente com a umidade e inversamente com a produção.

1.3- Densidade da Polpa e Velocidade do Filtro:

Constituem duas variiveis controliveis e que podem ser utilizadas pa­ra o controle de umidade e produção dos filtros. A densidade da po lpa varia diretamente com a produção e umidade dos filtros. Por exemplo, o aumento de densidade de 2,00 para 2,30, de a­cordo com a figura 2 aumenta a umidade em 0,6, e de acordo com a ヲゥァセ@ra 3 aumenta a produção em aproximadamente 70%. A velocidade do filtro, apesar de possuir o mesmo sentido da influên­

cia da densidade, ê muito mais influente na produção do que na umida­de. Em relação ao aumento ou diminuição de densidade, a umidade da polpa

retida dependerã da velocidade utilizada nos filtros.

Os grãficos das figuras nQs 2 e 3, foram aplicados com relativo suces so na previsão da umidade e produção dos filtros industriais, e podem ser usados dentro daqueles extremos da seguinte maneira:

A umidade e produção encontradas para uma polpa de SE = 1500 cm2jg, I PF = 0,47 , D = 2,00 g/cm3 e o filtro operando na velocidade de 200 s/ rot são iguais a 8,8% e 515 Kgjm2/h, respectivamente. Se se quer saJ

ber qual a umidade e produção previstas para uma polpa de SE = 1800 ,

PF = l ,0, D = 2,25, com o filtro operando em 120 s/rot, tem-se, utill zando os grificos das figuras 2 e 3:

1800 aumenta 0,4 na umidade l ,o aumenta 0,3 na umidade (SE) 1500 diminui 20% na produção (PF) 0,4 não altera produção(*)

2,25 aumenta 0,4 na umidade 120 aumenta 0,2 na umidade (D) 2,00 aumenta 50% na produção (V) 200 aumenta 25% na produção.

logo, a umidade previ s ta serã 8,8% mais 1,3% que ê igual a 10,1 %; e a produção serã 515 Kg/m2Jh mais 285 Kgjm2fh que ê igual a 800 Kgjm2j

hora. (*) - A PF não afeta a produção .

2. Areas de Formação e Secagem do Cabeçote:

Devido a sua grande influência na umidade e produção dos filtros, as a­reas de formação e secagem devem ser otimizadas em função, principalmen­te, do tipo de tecido filtrante usado e das características da polpa a

55.3

ser filtrada .

Os vãrios testes efetuados industrialmente e em escala de laboratório e a observação do comportamento dos cabeçotes usados permitiram-nos chegar a algumas conclusões:

a) Para a Samarco, existe uma boa relação entre o binômio produção/quali­dade para 19 cm de perímetro externo na ãrea de formação;

b) Sendo sua influência restrita ã secagem da torta filtrada, a ãrea de I secagem deve ser aproveitada ao mãximo permitido pelas dimensões do 」セ@beçote.

c) Foram adotadas as seguintes ãreas para o cabeçote padrão, conforme in­dicado na figura 12. Formação- 1g cm de perímetro externo (15,0% ãrea total); Secagem - 44 cm de perímetro externo (35,0% ãrea total).

Nos grâficos das figuras 4 e 5 são mostrados a influência das ãreas de um cabeçote na umidade e produção dos filtros, obtidas em escala de laboratõ rio.

3. Pressão de Vãcuo:

Como o aumento simultâneo e igual da pressão dos vãcuos de formação e se­cagem favorece o aumentr da taxa de produç·ão e diminui a umidade, se a filtração for feita com mesma pressão nas zonas de formação e secagem H」セ@

soda Samarco) ê desejável, desde que a torta não seja muito compressível, a utilização da máxima pressão possível. Vide gráficos da figura nQ 6.

Por outro lado, como pode ser visto no gráfico da figura nQ ?,mantendo-se constante a pressão do vácuo de secagem, a variação da pressão do vãcuo I de formação está diretamente ligada ã taxa de produção e umidade; logo, não ê recomendável a utilização de baixíssimas pressões na zona de forma­ção, especialmente por dois motivos:

a) Para grandes diferenças de pressão entre as zonas de formação e seca­gem, geralmente a expessura da torta formada não aguenta a maior pres­são do vãcuo de secagem, ocasionando rachaduras da torta, aumentando a umidade.

b) Geralmente a recuperação da perda de produção ê tentada através do au­mento da área de formação do cabeçote. Em geral, o aumento necessário da ãrea de formação para atingir uma certa produção com uma menor ーイ・セ@são de vãcuo na formação, significa uma umidade maior do que aquela I mesma produção conseguida com uma menor área de formação, porem mãxima pressão de vãcuo na zona de formação . Vide tabela nQ 1 abai xo:

554

Tabela nÇ I --

Caracteristicas da SE=l904; PF=0,85 SE=l773; PF=l ,06

Polpa Utilizada 0=2,00; -325M=94,2 0=2 ,24; -3291=89,4

i'lrea 15 % 15 % Formação

Pressão (in.Hg) 22 15 22 15

Obtida (g) 210 143 345 234 Produção

Aumento Relativo - - 47% - - 48%

Obtida (g) 9,8 9,1 9,6 8,9 Umidade

Aumento Re 1 ati vo - - o, 7% - - 0,7%

Em termos prãticos diriamos que uma modificação objetivando-se a dimi­nuição de umidade dos filtros, sem prejuizo de produção, não ê viãvel através de uma diminuição da pressão do vãcuo que atua na zona de for­mação. O ideal mesmo ê a utilização de apenas um nivel de vãcuo para a formação e secagem, controlando a relação produção/qualidade alterando as ãreas do cabeçote.

Verificouse também que, independentemente das caracteristicas da polpa testada, uma mesma redução na pressão do vãcuo de formação, significou a mesma redução na taxa de produção e umidade, conforme indicado na ta bela nQ 2 abaixo: Tabela nQ 2

Zona Secagem i'\rea = 35,0% Pressão = 22 in.Hg

15,0% 33,3% 15,0% 20,6% i'lrea Formação t = 27 s t = 60 s t = 27 s t = 37 s

Pressão Vãcuo 22 12 22 17 Formação (in.Hg)

Media Peso Seco(g) 346 329 280 285

Umidade Média (%) 9,6 9,8 9,2 9,3

Caracteristicas da SE= 1773; PF=l ,06 SE=l791; PF=l ,27 Polpa D= 2,24; -325H=89 ,4 O= 2, 10;-325M=86,8

Atravês de testes de laboratõrio encontrou-se as seguintes relações en tre as ãreas do cabeçote e a pressão de vãcuo:

a) Quanto maior a pressão do vãcuo que atua na zona de formação, maior ê a influência da ãrea de formação na taxa de produção e umidade. I (Vide grãficos das figuras n9s 8 e 9);

b) No que diz respeito ã taxa de produção e umidade a influência da va

555

riação da pressão de vãcuo que atua na zona de formação tem o mesmo

sentido da variação da ãrea de formação. c) No que diz respeito ã umidade, a variação da pressão de vãcuo que セ@

tua na zona de secagem tem o mesmo sentido da variação da ãrea de secagem.

4. Velocidade de Agitação da Polpa:

Testes efetuados em um filtro indicaram que o aumente da velocidade de a­gitação da polpa nos filtros aumenta a umidade e diminui a produção. Nos testes efetuados a redução da velocidade de 90 rpm para 30 rpm diminuiu a umidade de 9,9% para 9,5% e a produção aumentou de 635 para 716 Kg/m2/h -Hセ@ 12%). Vide grãficos da figura nQ 10.

Como uma possivel explicação do aumento da umidade e diminuição da produ­ção para maiores velocidades de agitação, citamos o fato das particulas / mais grossas da polpa serem mais susceptiveis a este aumento de velocida­de, podendo afastarem, implicando na formação de uma camada inicial com­posta, セ。@ sua maioria, de partículas menores. Esta camada inicial 。オュ・ョエセ@rã a resistência ao fluxo do filtrado, consequentemente diminuindo a for­mação e obstruindo a remoção da ãgua das camadas situadas mais distantes, quando do periodo de secagem. Na figura nQ 11 tem-se uma idêia da 、ゥウエイセ@buição das partículas de minério no interior do filtro, para maiores velo cidades de agitação da polpa.

Na Samarco, a atual velocidade de agitação da polpa nos filtros ê 70 rpm. Em consequência dos resultados acima, a velocidade serã mudada para 40 rpm. Alêm dos beneficias citados, a diminuição da velocidade do eixo do セ@gitador implicarã numa economia de energia eletrica nestes motores, sendo por si só, um motivo auto-compensador.

5. Auxiliares de Filtração:

5.1 -Coagulantes: Testes de laboratório com adição de cal hidratada ã polpa a ser ヲゥャエイセ@da, indicam que o hidróxido de cãlcio aglomera os colóides da polpa 。セ@mentando a eficiência da filtração, atê um certo ponto. Em 」ッョウ・アオ↑セ@

cia da adição de cal hidratada, houve um aumento de umidade do "filtei_ -cake", que pode ter as seguintes explicações: a) A superficie da cal (= 12000 cm2/g} obstruiu parte da porosidade da

massa da torta, dificultando a passagem da ãgua na secagem; b) A polaridade da molécula do hidróxido de cãlcio pode ter retido a­

qua hidratada, como ilustrado abaixo:

55()

Nos grãficos da figura nQ 13 são mostradas a. influência da cal hidra tada na produção e umidade.

5.2 - Desidratantes: São materiais que se acomodam para formar leitos de alta frequência de vazios, sendo capazes de aumentar a porosidade da torta se foram 。、ゥ・ゥセ@nados antes da filtração. Os desidratantes são extensamente usados I quando a torta e relativamente impermeãvel ao flu xo do filtrado: Eles criam uma interface entre as moléculas da ãgua e do minério, facilitan­do a desidratação. Tortas incorporadas com o auxiliar de filtração são visualmente muito compressíveis e, então, deve-se tomar o cuidado para que o efeito bené­fico do auxiliar (desidratante) não seja destruído quando se efetua a filtração a pressões bastante elevadas . Foram testados em laboratório os desidratantes (Aerodri 100 e 200), fa­bricados pela CYANAMID do Brasil. Os desidratantes testados são 。ャエ。ュ・セ@te benéficos na diminuição da umidade da torta filtrada, conforme mos­tram os grâficos da figura nQ 14. As desvantagens destes desidratantes podem ser resumidas em preço e formação de espumas, motivos que nos le­vou a não utilizã-los industrialmente.

III - COMENTARIOS FINAIS:

Os estudos e testes desenvolvidos possibilitaram maior conhecimento do efeito das diversas variãveis que afetam a filtragem. Em consequência, a operação da filtragem se faz com mais controle, acarretando uma umidade mais adequada ao pelotamento, sem afetar a meta de produção .

557

.. --

....... MMセ@:ao YIMI80Xn1

.. ,., .. ,., .. ,,.

FIG. 2- INFLUENCIA

POLPA E

0,90

o.eo ---------.. o

セ@

セ@0,70

0,60

"' o .. o

セ@0,50

"' o 0,40

o

" Mセ@

0,30

0,20

I !100 1600 1700 1900

0,4 0,6 o .a 1.0

2,00 RNPセ@ 2,1 o 2,15

200 180 160 140

FIG. 3- INFLUÊNCIA

POLPA

I 00

セ@90

.. 90 o

セ@

ª 70 <.> .. o 60

ᄋセ@o [ 50

l'l 40

o

" ,g !O

"' <.> .. 20

lO

1400 1600

1,90 2,00

220 180

MFC

DAS CARACTERrSTICAS DA DA VELOCIDADE DD FILTRO.

SE (cm 2tç)

PF (o/o)

o (g/cm3 )

v Is/r ot.)

1900 2000 21 o

1,2 1.4 1,6

2,20 2,2!5 2,30

120 IDO 80

DAS CARACTERÍSTICAS DA

DA VELOCIDADE

O (g/cm2)

SE lcm>tg)

V (s/rot)

DO FILTRO.

/

' /

'

' ' ' ' '

' '

ANEXO 2

2200 S. Específico{SE)

1,8 Perda ao { PF) Fogo 2,3!5 Densidade (DJ

60 veroc•dode (V)

reco ::2D:.:O::D:__ __ .::.2::,20:_0:_ __ ⦅ZRセTcoo@ s. Específico {SE)

2,10 2,20 2.30 2,40 Densidade (O)

14!> roo 60 20 veroe•dode ( vJ

559

ANEXO 3

I A•REA SECAGEM= 35,0 "'o FIG· 4 • INFLUÊNCIA OA ÁREA DE FORMACÃD. c ter. V "UO • 22 in. Hg

1 カセ@ i...OCIOAOE : f80 11rot .

tOO . PRODU CÃO ,.. ...

I X uutn4n .. ' N

セイ@...

セ@,!i

I 700

.. " ... c " i "

, ; . ;

;

100.,.. ..... • •• IS 17 " li 11 •• 21 Perim•tro Externo do

,;,ta 'ortn .. õo Co'"l

11,1 1!,2 115,0 11,7 1.1,! .... 20,1 Áreo •• Formaolo ,.,.,

ÁREA FORMACÃO • 15, O "lo

FIG. s • INFLUÊNCIA DA AREA oE FORMACÃo DE I vÁcuo • 22 in. Hg SECAGEM VELOCIDADE • 180 1/rot .

...

..... T 1,4 t_

!j c

"

T ••• 40 44 41 52 81 Pu(metro r.ter"e Hッセョj@

11,7 ss.o .•. , 4 4, 4 Áno Seoorem f•A.J

CARACTIRIITICAt DA POLPA UTILIZADA , .. TIITII OAI FI8URAI • I I D• 210, I!'• 1775, Pf• O,IJ, -128. • e1,4•4

NOTA: O Per(metro externo total do cobecote da samorco é igual a 1211 cm

M,C

560

óooli " J

210

110

110

ISO

ISO

!!

i 110

lO セ@

10

50

セ@

o •:I c

セ@

ANEXO 4

FIG . 6 - INFLUENCIA PRESSÃO VACUO FORMAÇÃO E SECAGEM

220'­ , 200

110

110

140

120

100

lO

.... .... ....

(VÁCUO INTERLIGADO)

I ÁREA DE ÁAU DE

YfLOCID.AD[

formaセᅢo@ • 115, O •1• SECAGEM • 315,0 •t.

180 1/not, 」セ@

.... .....

.... ....

.... ... ............. セカ]@

', ... .... ....

x Umidade ------

12 14 .. ..

35,5 ,.. 8,4 ln X

= O, 972

.... , -- ---20

Pressão vácuo Formação • secagem

FIO. 7 - INFLUENCIA PRESSÃO VÁCUO FORMAçÃO

(VÁCUO INDEPENDENTE l

in . Hg

ÁREA Of FORMAÇÃo • 1!5,0 •t.

•• .. 14

.. 12

11

lO -x

22

(in . Hg)

Ct!_a I

PRfSSÃo VÁCUO IECAefN • 22

ÁREA DE SfCAIEN • SS, O •t.

VELOCIDADE • 110 tlnot.

--lO li

• Produção

x Umidade

- -x-- - -- - -*"" - - - - -- - - -

14 11 11 20 22

セ@.. o ;'! i "

12

11

lO

0,0

Pressão Vácuo Formação lio. Hg)

CARACTERIÍTICAS DA POLPA UTILIZÃDA NOS

· TESTfS DAS P'IIURAI 7 E I ar • 1104. o• a.oo, セB@ • o, as, -5215 tt • ••·• •t.

li FC

561

セ@

l'l c !l

" "

セ@::: セ@" .. Q

ᄋセ@セ@;!

{_

'i ::: セ@

セ@

'ª " セ@

ᄋセ@

...

, • ••• ,,uilfCIII DA ÁIIEA , L⦅セ@ E DA ... ..so • WIIO HI/IIAÇÃO.

{

fllllllfSsiO VÁCUO SECAGEM • 22 in.Hg

K ÁREA SCCAOEitl M M セ jAjij@ • .,.

VrLOC.OADE • ----110•/not.

ÁREA DE FORMACÃO t•t.J

, . . .... IIUUJiiiCIA DA ÁIIIA DE 'Oiti!UtÇÃD 6 M Nla•Ão 00 MÍCCIO LoゥエセoL@

BBGセセセNLZZjZッ@

CA RAC TERfSTICAS

DA f'OLPA

UTIU..IZADA

セ@

/ '

D

SE

,.,

/ /

/ /_ .

•• ,,, Hl

. 1 , 10

I 7,75 . ... z

/ /

·Jl!SM• R/,4•1.

562

/

" SE

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zz in.Hf

, itt.Hf

-<>-0--0--0- , ;,.,..

ÁRfA 0C FOiniAçÁO ("I

1''•·"• I 1./tt. Ht

. Z,Z4 . I 7.111 .,. a 17 ,, . I,N ,., • 1,01 -lZSIJI•

Z-10 r . 1u•4o Mセzsm@ ...... 4

''"· 10 IHFLLIEHCIA OA velocioaセ@ AGITAçÃO OA POLPA

o •4

" :> o o .. ..

Fig.ll_ V"TA 00 ,LTAO

_aAOSTRANOO A DISTRIBUIÇÃO DAS

PARTÍCULAS OE. IMNÉRIO PARA

MAIORES VflDCIOAO!'S Of AGI _

TACÃo DA POLPA .

UNIDA DI'

563

-<>----<>--

VfLOC/OADf DO ACIITAOOR f r p m J

Fit . 12- CAifCOTE PADRÃO

I- ZCWAS MORTAS

2- ZONA I"ORMAÇÃO

3- ZONA SfCAifM

4- ZONA SOPRO

ANfX0.06

'·' セ@

セ@o i :>

...

ANEXO 7

FIG. 13 - INFLUENCIA DA ADIÇÃO DE c.H À POLPA

••o 10,5

/ / , , ... 10,.2

--,-/

350 .... I / .. lO. I / , , , , .1"

.... lO. O .1" ,

ᄋセ@ t (//·------•"' e, e

::: セ@8,8 ,,

! .. 2 ••o 8 .7 !! .. 2 セ@

Produção :>

------- umidade

セᄋᄋ@S2J // 8 , 5

8,4

SIO • .j. 8,3

0 ,0 0,.2 0,4 o. o 0,8 I, O .,. CAL HIDRATADA

FIG. 14 - INFLUENCIA DA ADIÇÃO OE DESIDRATANTES

11

セ@

セ@o i :>

e

o 25 50 75 100 125 150 175 200

DESIDRATANTES '•"'

TIPO TESTE ADIÇÃO C. H. DESIDRATANTE (FIG . 13) (FIG . I4)

CARACTER{STICAS SE = 1805 SE = 1690

DA POLPA PF = 0,60 PF = I, 14

o = 2,09 o = 2, 15 USADA -32511- 95,4% -32511 90,3%

ii•e

564