cte conforto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE - FURG

ESCOLA DE ENGENHARIA

Conforto Trmico em edificaes

Professor Cludio Olinto

Conforto Humano

A busca pela sensao de conforto , talvez, a primeira condio procurada pelo ser

humano. Contudo, descrever uma condio confortvel, os limites ou as caractersticas

desta sensao no tarefa fcil. Entretanto, ao rompimento deste estado, possvel

descrever que se trata de um rudo, um excesso ou falta de calor, um excesso ou ausncia

de luz que que est causando a sensao de desconforto.

Depreende-se da que conforto uma sensao global, porm indefinvel e associada a ela

vrias fontes independentes (mas capazes de se somarem) de desconforto. Assim, o que

nos preocupa na realidade no o conforto, mas sim, o desconforto. este que devemos

conhecer bem, para melhor determinarmos suas causas e projetar mecanismos para evitar

ou minorar suas conseqncias.

As variveis mais comuns associadas ao conforto so:

CONDIES DO AR AMBIENTE:

TEMPERATURA

UMIDADE

VELOCIDADE (CONFORTO TRMICO ou HIGROTRMICO).

PUREZA

PRESSO

ODORES.

NVEL DE RUDO.

ESPAO, ILUMINAO, CORES, ETC.

O condicionamento de ar, quando voltado para o conforto humano, estabelece as condies

de conforto trmico e possibilita a eliminao ou controle de odores, nvel de rudo e

sensao de confinamento (espao).

Conforto Trmico (higrotrmico)

Segundo padres da ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-

Conditioning Engineers, Inc) conforto trmico significa:

"ESTADO MENTAL QUE EXPRESSA SATISFAO COM O AMBIENTE TRMICO QUE

ENVOLVE A PESSOA".

Uma outra definio tambm corrente:

"SENSAO DE BEM-ESTAR REVELADA POR UMA PESSOA OU UM GRUPO DE

PESSOAS, COM RELAO S CONDIES DO AMBIENTE TRMICO".

A no satisfao pode ser causada pela sensao de desconforto pelo calor ou pelo frio,

quando o balano trmico no estvel, ou seja, quando h diferenas entre o calor

produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente.

Como pode se observar, trata-se de um conceito estatstico, no sendo possvel

estabelecer-se um valor padro.

A norma internacional para averiguar o conforto trmico em ambientes a ISO 7730 (1994).

Vantagens da existncia de

conforto trmico

Entre outras podemos citar:

Maior rendimento do trabalho.

Menor ndice de acidentes.

Menor ndice de doenas (fadiga, exausto, desidratao).

Melhor entrosamento funcional x social.

Maiores lucros.

Fatores influentes no conforto

trmico

So os fatores que o ar condicionado objetiva controlar visando o conforto humano.

Podemos citar:

Temperatura do ar.

Umidade relativa do ar.

Velocidade do ar.

Temperatura radiante mdia.

Produo interna de calor - metabolismo gerado pela atividade fsica

Resistncia trmica pela vestimenta.

Alm disso, variveis como sexo, idade, raa, hbitos alimentares, peso, altura etc podem

exercer influncia nas condies de conforto de cada pessoa e devem ser consideradas.

O homem como mquina trmica

Pela termodinmica sabe-se que um motor trmico para produzir trabalho segundo um ciclo,

necessita trocar calor entre duas fontes a temperaturas diferentes, TH e TC.

O homem comporta-se como um motor trmico no meio em que vive, recebendo um calor

QH, proveniente da queima dos alimentos em suas clulas e liberando continuamente um

calor QC para o meio, bem como trabalho e resduos.

FONTE QUENTE - TH

MQUINA TRMICA CORPO HUMANO

FONTE FRIA - TC

METABOLISMO TRABALHO EXTERNO

QH

QC

ENERGIA E VIDA: Atravs da fotossntese os vegetais transformam a energia proveniente

do sol em energia qumica latente, a qual passa a ser assimilada por todos os organismos

animais. Esta energia liberada sob a forma mecnica, calorfica ou mesmo eltrica e

luminosa.

METABOLISMO HUMANO: Ao conjunto de transformaes de matria e energia

relacionadas com os processos vitais, d-se o nome de metabolismo.

Metabolismo o processo de produo de energia interna a partir de elementos

combustveis orgnicos. Porm, de toda energia produzida pelo organismo humano, atravs

do metabolismo, apenas 20% transformada em potencialidade de trabalho. Os 80%

restantes so transformados em calor, que deve ser dissipado para que a temperatura

interna do organismo seja mantida em equilbrio. Isto acontece porque a temperatura interna

do organismo humano deve ser mantida praticamente constante em 37C (variando entre

36,1 e 37,2C). Os limites para sobrevivncia esto entre 32 e 42C.

Como a temperatura interna do organismo deve ser mantida constante, quando o meio

apresenta condies trmicas inadequadas, o sistema termo-regulador do homem ativado,

reduzindo ou aumentando as perdas de calor pelo organismo atravs de alguns

mecanismos de controle, como reao ao frio e ao calor.

Pode-se dizer ento que o organismo humano experimenta sensao de conforto

trmico quando perde para o ambiente, sem recorrer a nenhum mecanismo de

termorregulao, o calor produzido pelo metabolismo compatvel com sua atividade.

FATORES INFLUENTES NO METABOLISMO So diversos:

IDADE: O metabolismo do homem at os 5 (cinco) anos mais ou menos o dobro daquele

entre os 20 - 40 anos (que permanece mais ou menos constante nesta faixa).

DIGESTO: Torna-se mais elevado para protenas e menos elevado para acar e gordura.

SUBNUTRIO: Diminui o metabolismo.

ESTADOS PATOLGICOS: Aumenta em geral.

AMBIENTE ADVERSO: Tambm aumenta.

ATIVIDADE: significativa sua influncia no processo metablico.

METABOLISMO BSICO: Tambm chamado de basal ou mnimo, determina a dissipao

de energia trmica por um indivduo, por metro quadrado de superfcie de corpo, nas

seguintes condies:

Aps 12 horas de jejum.

Deitado.

Em repouso absoluto.

Normalmente vestido.

Em condies ambientais de conforto.

O valor do metabolismo basal de 40 kcal/h.m2 (46 W/m2)

Abaixo citam-se suas propores de aumento do metabolismo com relao a atividades:

REPOUSO ABSOLUTO......................... 100%

TRABALHO LEVE ................................. 130%

TRABALHO ESCRITRIO ................... 140%

TRABALHO BALCO ........................... 160%

DANANDO MODERADO.................... 260%

TRABALHO MODERADO..................... 300%

TRABALHO PESADO ........................... 450%

A Tabela 1 apresenta dados relativos ao calor dissipado pelo corpo em funo da atividade

do indivduo. O metabolismo pode ser expresso em W/m2 de pele ou em Met, unidade do

metabolismo cujo valor unitrio corresponde a uma pessoa relaxada. Assim,

1 Met = 58,15W/m2 de rea de superfcie corporal.

Tabela 1. Taxa metablica para diferentes atividades segundo ISO 7730 (1994).

Atividade Metabolismo(W/m2)

Reclinado 46

Sentado, relaxado 58

Atividade sedentria (escritrio, escola etc.) 70

Fazer compras, atividades laboratoriais 93

Trabalhos domsticos 116

Caminhando em local plano a 2 km/h 110




A Figura 1 apresenta algumas atividades expressas em Met.

Figura 1. Algumas atividades humanas medidas em Met.

Regulao trmica

Uma vez que no s as atividades dos organismos animais, como tambm as condies

climticas, so altamente variveis, necessitam estes organismos lanar mo de um

mecanismo de adaptao trmica para propiciar sua sobrevivncia (e conforto) este

mecanismo a regulao trmica. A regulao trmica se verifica praticamente atravs de

trocas trmicas, em forma de calor sensvel (Qs) e calor latente (QL).

Quanto temperatura que mantm em seus corpos, os animais podem ser classificados em:

POIKILOTERMOS: Aqueles que possuem temperatura do corpo varivel em funo do

meio, impropriamente chamados de "animais de sangue frio". Ex.: peixes.

HOMEOTERMOS: Impropriamente chamados de "animais de sangue quente", possuem

temperatura do corpo constante, como o caso do homem, cuja temperatura oscila ao redor

de 37C.

MECANISMOS DE TERMO-REGULAO

REAO AO CALOR

Em ambientes quentes as trocas de calor que o organismo necessita realizar para manter

sua temperatura interna constante so reduzidas, assim, o organismo reage por meio de

mecanismos automticos, proporcionando condies de troca de calor mais intensa entre o

organismo e o ambiente e reduzindo as combustes internas.

O incremento das perdas de calor para o ambiente ocorre por meio da vasodilatao e da

transpirao.

A reduo das combustes internas termlise se faz atravs do sistema glandular

endcrino.

REAO AO FRIO

Em ambientes frios as condies ambientais proporcionam perdas de calor do corpo alm

das necessrias para a manuteno de sua temperatura interna constante. Nesse caso, o

organismo reage por meio de seus mecanismos automticos buscando reduzir as perdas e

aumentar as combustes internas.

A reduo de trocas trmicas entre o indivduo e o ambiente se faz atravs do aumento da

resistncia trmica da pele por meio da vasoconstrio, do arrepio, do tiritar (tremer e bater

os dentes).

O aumento das combustes internas termognese se d atravs do sistema glandular

endcrino.

A PELE

atravs da pele que se realizam as trocas de calor, ou seja, a pele o principal rgo

termo-regulador do organismo humano. A temperatura da pele regulada pelo fluxo

sangneo que a percorre, ou seja, quanto mais intenso o fluxo, mais elevada sua

temperatura.

Ao sentir desconforto trmico, o primeiro mecanismo fisiolgico a ser ativado a regulagem

vasomotora do fluxo sangneo da camada perifrica do corpo, a camada subcutnea,

atravs da vasodilatao ou vasoconstrio, reduzindo ou aumentando a resistncia trmica

dessa camada subcutnea.

Outro mecanismo de termo-regulao da pele a transpirao, que tem incio quando as

perdas por conveco e radiao so inferiores s perdas necessrias termo-regulao.

TROCAS TRMICAS ENTRE CORPO E AMBIENTE

A quantidade de calor liberado pelo organismo funo da atividade desenvolvida. Este

calor ser dissipado atravs de mecanismos de trocas trmicas entre o corpo e o ambiente

envolvendo:

1) trocas secas: O calor perdido para o ambiente atravs das trocas secas denominado

calor sensvel (Qs) e funo das diferenas de temperatura entre o corpo e o ambiente.

Ocorre atravs de:

- conduo;

- conveco;

- radiao;

2) trocas midas: O calor perdido atravs das trocas midas denominado calor latente

(QL) e envolve mudanas de fase o suor (lquido) passa para o estado gasoso atravs da

evaporao.

A VESTIMENTA

A vestimenta equivale a uma resistncia trmica interposta entre o corpo e o meio, ou seja,

ela representa uma barreira para as trocas de calor por conveco. A vestimenta funciona

como isolante trmico, pois mantm junto ao corpo uma camada de ar mais aquecido ou

menos aquecido, conforme seja mais ou menos isolante, conforme seu ajuste ao corpo e a

poro do corpo que cobre.

Em climas secos (desertos), onde se atinge elevadas temperaturas, poder-se-ia pensar que

a ausncia de roupas poderia garantir condies mais confortveis para os habitantes

destas regies. No entanto, em climas secos, vestimentas adequadas podem manter a

umidade advinda do organismo pela transpirao e evitar a desidratao. A vestimenta

reduz o ganho de calor relativo radiao solar direta, as perdas em condies de baixo

teor de umidade e o efeito refrigerador do suor.

A vestimenta reduz tambm a sensibilidade do corpo s variaes de temperatura e de

velocidade do ar. Sua resistncia trmica depende do tipo de tecido, da fibra, do ajuste ao

corpo, e deve ser medida atravs das trocas secas relativas a quem usa. Sua unidade o

clo, originada de clothes.

Assim:

1 clo = 0,155 m2.C/W equivale a 1 terno completo.

A Tabela 2 apresenta o ndice de resistncia trmica (Icl) para as principais peas de roupa,

sendo que o ndice de resistncia trmica (I) para a vestimenta de uma pessoa ser,

segundo a ISO 7730 (1994), o somatrio de Icl (Figura 2), ou seja:

I = Icl

Tabela 2. ndice de resistncia trmica para vestimentas segundo ISO 7730 (1994).

Vestimenta ndice de resistncia trmica Icl (clo)

Meia cala 0,10

Meia fina 0,03

Meia grossa 0,05

Calcinha e suti 0,03

Cueca 0,03

Cueco longo 0,10

Camiseta de baixo 0,09

Camisa de baixo mangas compridas 0,12

Camisa manga curta 0,15

Camisa fina mangas comprida 0,20

Camisa manga comprida 0,25

Camisa flanela manga comprida 0,30

Blusa com mangas compridas 0,15

Saia grossa 0,25

Vestido leve 0,15

Vestido grosso manga comprida 0,40

Jaqueta 0,35

Cala fina 0,20

Cala mdia 0,25

Cala flanela 0,28

Sapatos 0,04

Figura 2. Somatrio de peas de roupa que produzem ndice de resistncia trmica final

Clculo do Metabolismo

SUPERFCIE DO CORPO HUMANO

possvel de ser calculada atravs da frmula de DUBOIS:

S(m2) = 0,203 kgf

0,4266 X H

0,7246

EXEMPLO:

Para um homem de 1,8m de altura e 75kg de peso teramos:

S = 1,98 m2

Sendo o metabolismo basal de 40 kcal/h.m2 (46,52 w/m2)

MBasal = 79 kcal/h (92,22 W), isto

1 kcal/h.Kgf (1,23 W/kg)

Equao do metabolismo

O homem, como Homeotermo, para manter sua temperatura constante, efetua trocas

trmicas com o ambiente. As trocas trmicas com o meio podem ser expressas atravs da

chamada Equao do metabolismo:

Q1 = (M) = Qo Qs Qr + QL (kcal/h)

Onde:

Qo calor sensvel para variar a temperatura do corpo

Qs calor sensvel trocado com o meio

Qr calor radiante trocado com o meio

QL calor latente liberado para o meio

Sendo:

Qo = m.Cp.Tc (kcal/h)

Expressa o calor necessrio para variar de tc a temperatura tc do corpo e onde:

m = Massa do corpo

Cp = Calor especfico do corpo

Tc = Variao em torno da temperatura tc do corpo

Para Tc = cte, Tc e Qo = O

Qs = A.S.(Tc - Ta) (kcal/h)

Expressa as trocas trmicas em forma de calor sensvel, sendo:

TROCAS EXTERNAS: por conveco, radiao, conduo.

TROCAS INTERNAS: atravs de alimentos, bebidas, inspirao.

A = U (1 + 0,13.V.(m/s)), para temperatura de 18 a 30C e

sendo U = 2 a 3, para indivduos de pele branca e normalmente vestidos.

S = Superfcie do corpo.

Tc = temperatura do corpo.

Ta = Temperatura do ambiente.

Qr = S.Hr.(Ts-Tp) (kcal/h)

Parcela de calor radiante trocada com o meio ou com outro homem.

S = Superfcie do corpo (m2)

Hr = Coeficiente de pelcula

Fr x 0,2 x (Tsc/100)3 (kcal/h m2 C)

Tsc = Temperatura mdia das superfcies circundantes (K)

Fr = Coeficiente radiao

Ts = Temperatura mdia da pele

Tp = Temperatura mdia das paredes

QL = B.r.E.S (Ps - Pv) (kcal/h)

Parcela de calor latente liberado para o meio em forma de:

EXALAO: Vapor expirado plos pulmes.

EXSUDAO: Evaporao do suor, e onde:

B = 0 a 1, coeficiente de utilizao da possibilidade de evaporao com relao ao meio.

PARA B = 1, temos a mxima possibilidade que o meio admite.

PARA B = 0,13, o homem se encontra confortvel (zona de conforto).

r = 0,6 kcal/g (calor latente de vaporizao da gua)

E = Coeficiente Evaporao = 22,9+17,4 Vm/s.

S = Superfcie do corpo (m2)

Ps = Presso de saturao d'gua na temperatura do corpo (p/37C - 47mmHg).

Pv = Presso parcial do vapor d'gua no ar.

A norma ABNT NBR 16401 Instalaes de ar condicionado Sistemas centrais e unitrios

Parte 1: Projetos das instalaes indica valores de calores sensvel e latente liberados em

funo do local e temperaturas ambientais que podem ser utilizados para projeto.

Exemplo de possibilidades de

trocas trmicas HOMEM x MEIO AMBIENTE

Atividade Moderada

S = 1,8m2 Sup. do corpo

B = O a 1 Coeficiente de utilizao da possibilidade de evaporao.

Calcular os calores trocados para as seguintes situaes:

T

70 10%

26,5 48

26 54

25,5 60

25 66

37 100%

Soluo 1:

INDIVDUO: S =1,8m2 Ts=37C Ps=47mmHg

MEIO: Ta=70C = 10% Pv=30mmHg

PARA: ar em repouso (V = Om/s)

A=U(1+0,13m/s) - Pessoa normalmente vestida.

Qs mx. = AS (Ts - Ta) kcal/h

3 X 1,8 (37-70) = () 178,2 kcal/h

QL mx. = BrES (Ps - Pv) kcal/h

1 x 0,6 x 22,9 x 1,8 (47 - 30) = 422 kcal/h

PORTANTO:

Calor a ser liberado em forma latente. 166 kcal/h () 178,2 kcal/h = 344 kcal/h Calor latente

mximo onde o meio permite liberar:

422 kcal/h. O homem ainda sobrevive termicamente nestas condies.

T Qs mx.

QL mx.

METABOLISMO ATIV. MODERADA

Qt

B

PV

70

10% 178

422

344

(166+178)

0,82

30

26,5

48 56,7

841

166

(56,7+109,3)

0,13

14

26

54 59,4

816

166

(59,4+106,6)

0,13

13

25,5

60 62,1

791

166

(62,1 +103,9)

0,13

15

25

66 64,8

766,7

166

(648+101,2)

0,13

16

37

100% 0

0

166

(0+0)

0

47

Nas condies de conforto (zona de conforto) o indivduo libera a quantidade de calor

correspondente atividade moderada (166 kcal/h), em forma de calor sensvel e latente em

diferentes propores, sendo que o valor do calor latente sempre complementa o sensvel,

que determinado por fatores independentes do mecanismo de regulao trmica.

(Temperatura ambiente, temperatura do corpo, etc.).

Desta forma, se por exemplo, o meio (nas condies 70C e 10%) imputa calor sensvel ao

homem, este, atravs de seu mecanismo de regulao trmica, dever na forma de calor

latente, transmitir no s a parcela assimilada do meio, como a poro de calor

correspondente ao metabolismo em atividade moderada, ou seja, 166 Kcal/h. Enquanto este

valor resultante no ultrapassar a possibilidade mxima de evaporao (B = 1), QL mx., o

indivduo tem possibilidade trmica de sobrevivncia. Subtraindo-se do calor total que o

indivduo necessita liberar para o meio num determinado grau da atividade (ex.: 166 kcal/h),

a quantidade de calor trocada de forma sensvel (ex = 59,4 kcal/h), obtm-se o valor a ser

trocado de forma latente (ex = 106,6 kcal/h). Este valor comparado com a possibilidade

mxima de evaporao que o meio permite, nos fornece o valor B, coeficiente de utilizao

da possibilidade de evaporao. (Ex = 166 - 59,4) kcal/h - 816 kcal/h =0,131= B.

Ainda pode se observar que num meio com t = 37C e 0 = 100%, o indivduo no possui

condies de trocas trmicas, sendo portanto, imprprio para sobrevivncia.

Carta de conforto (ASHRAE) Em 1923 surgiu a primeira carta ou tabela relacionada com determinao de zona de

conforto trmico, estabelecida de forma estatstica, combinando de diversas formas umidade

e temperatura, e para uma movimentao de ar de 0,08 m/s a 0,13 m/s. As LINHAS DE

IGUAL SENSAO TRMICA, podem ser comparadas com as curvas de distribuio da

aceitao por grupos de pessoas em termos de maior ou menor conforto trmico, tanto no

inverno como no vero. A carta original da ASHRAE no sofreu alteraes praticamente at

esta data. Em 1960, surgem (ASHRAE JOURNAL - ABRIL) quatro linhas, para inseridas na

carta, definirem de forma mais prtica pontos de conforto, expressos em termos de:

LIGEIRAMENTE FRIO, CONFORTVEL , LIGEIRAMENTE QUENTE , QUENTE.

Diversas combinaes de diferentes temperaturas, umidade relativa e movimentaes do ar,

delimitam "ZONAS" de conforto trmico.

ndices de conforto trmico

Esses ndices so parmetros indicadores da sensao de bem-estar e podem ser

classificados em:

DIRETOS: temperatura de termmetro seco, mido e de orvalho, umidade relativa e

velocidade do ar

DERIVADOS:

Temperatura Radiante Mdia: temperatura uniforme da superfcie de um ambiente

imaginrio no qual uma pessoa trocaria a mesma quantidade de calor por radiao que no

recinto real no uniforme.

Temperatra operativa: temperatura uniforme de um ambiente imaginrio, no qual uma

pessoa trocaria a mesma quantidade de calor por radiao e conveco que no ambiente

no uniforme.

Temperatura Efetiva: temperatura de um recinto que comparada com um outro contendo ar

praticamente em repouso (velocidades compreendidas entre 0,1 e 0,15 m/s) e

completamente saturado de umidade (100% de umidade relativa), proporciona a mesma

sensao de frio ou calor.

Essa temperatura pode ser determinada atravs de pessoas colocadas no referido recinto,

onde a temperatura lida no termmetro seco ser a temperatura efetiva de qualquer outro

ambiente que apresente a mesma sensao trmica que este.

importante definir-se praticamente esse ndice:

- Se a sensao de calor do ambiente A igual do ambiente B, diz-se que ambos

possuem a mesma temperatura efetiva.

- Temperatura efetiva aquela que expressa uma constante sensao de conforto para

diferentes combinaes de umidade, temperatura e velocidade do ar, num determinado

ambiente.

A Figura abaixo, determinado experimentalmente com auxlio de grande nmero de

pessoas, fornece as temperaturas efetivas correspondentes a diversas condies

ambientes, caracterizadas pela temperatura TBS e TBU e deslocamento de ar, para

pessoas normalmente vestidas e em repouso.

Figura . Grfico para determinao de Temperatura Efetiva (ASHRAE)

O voto mdio predito

Este mtodo foi desenvolvido por Fanger (FANGER, 1972) e considerado o mais completo

dos ndices de conforto pois analisa a sensao de conforto em funo das 6 variveis

envolvidas (atividade fsica, vestimenta, temperatura mdia radiante, temperatura do ar,

velociadade do ar e umidade relativa do ar).

Fanger derivou uma equao geral de conforto para calcular a combinao das variveis.

Atravs de trabalho experimental, avaliou pessoas de diferentes nacionalidades, idades e

sexos, obtendo o voto mdio predito (PMV - predicted mean vote) para determinadas

condies ambientais. O voto mdio predito consiste em um valor numrico que traduz a

sensibilidade humana ao frio e ao calor. O PMV para conforto trmico zero, para o frio

negativo e para o calor positivo. A partir da, foi implementado o conceito de porcentagem

de pessoas insatisfeitas (PPD predicted percentage of dissatisfied).

A norma ISO 7730 de 1984 adotou as pesquisas de Fanger, recomendando que, para

espaos de ocupao humana termicamente serem considerados termicamente aceitveis,

o PPD deve ser menor do que 10%, o que corresponde a uma faixa de PMV de -0,5 a +0.5.

Devido as diferenas individuais difcil especificar um ambiente trmico que satisfaa a

todos, sempre haver uma percentagem de insatisfeitos. A Figura mostra a curva a que

Fanger chegou ao relacionar o PMV e o PPD.

O mtodo prev o voto de um grande grupo de pessoas atravs da escala mostrada na

Tabela 3.

Tabela 3. Escala trmica de Fanger.

Escala Sensao

+3 muito quente

+2 quente

+1 levemente quente

0 neutro

-1 levemente frio

-2 frio

-3 muito frio

NBR 16401-2008 A ABNT NBR 16401-2008 estabelece parmetros ambientais suscetveis de produzir

senso aceitvel de conforto trmico em 80% ou mais das pessoas:

VERO (roupa tpica 0,5 clo)

Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:

- 22,5C a 25,5C e umidade relativa de 65%


INVERNO (roupa tpica 0,9 clo)

Temperatura operativa e umidade relativa dentro da zona delimitada por:



cte conforto

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