jueves, 7 de enero de 2010

Sombras Solares

Sombras Solares

LA ORIENTACIÓN DE SOL

La elección del terreno es básica para la construcción de una casa, pero además de las consideraciones sobre ubicación, cercanía a centros comerciales y educativos, proximidad de transporte, disponibilidad de infraestructura y posibilidades de proyecto determinadas por los Códigos de Edificación y ordenamiento Urbano de la zona, debemos verificar la orientación y el entorno del terreno que pretendamos adquirir, porque de las características de éste dependerá la oferta de sol que sobre él recibamos.
Cuando se visita el terreno antes de adquirirlo, lo visitamos en dos o tres oportunidades con pocos días de diferencia entre si, lo cual significa que las características de la trayectoria solar no se modificaron sustancialmente y la proyección de sol sobre el terreno no tiene cambios significativos.

Conocer las diferencias entre invierno y verano permitirá estimar lo que sucederá durante la estación opuesta. Así si visitamos el terreno durante el invierno, con temperaturas y trayectoria solar baja y con árboles que perdieron sus hojas tendremos una apreciación determinada muy diferente a lo que sucede durante el verano, con temperatura y trayectoria más alta y con árboles que brindan una sombra importante. Si durante el invierno buscamos estar al sol, durante el verano seguramente buscaremos la sombra de los árboles. Otro punto fundamental resulta la orientación del terreno, determinada por las características de la trama urbana. Muchas veces escuchamos como argumento de venta "se encuentra en la vereda del sol", lo que significa que si queremos penetración solar en los ambientes principales, los debemos orientar hacia el frente del terreno.

Características dependiendo la orientación del sol

1.- Norte.- El frente recibirá sol durante todo el día, los ambientes principales
deberán orientarse hacia el frente. Será deseable contar con árboles de hojas caducas o edificaciones importantes hacia el oeste para controlar el exceso de radiación solar durante el verano. Si el ancho del terreno lo permite, esto tiene que ser mas de 12 metros, la vivienda deberá estar recostada sobre la medianera oeste, que si no tiene protección (otra vivienda) deberá ser de ladrillo macizo de por lo menos 30 cm. de espesor Las ventanas que se abran sobre el Este recibirán sol hasta el mediodía durante el verano, en el invierno el ingreso de sol estará determinado por la presencia o no de obstáculos, tanto propios como en el terreno lindero (otras edificaciones, árboles importantes, etc.) Hay que tener en cuenta que estos obstáculos no podrán ser modificados debido a que se encuentran en terreno lindero.

El contrafrente tendrá un área de sombra permanente originada por la propia vivienda cuyas características dependerán de la geometría de ésta, esto determinara que la zona cercana a la vivienda resulte húmeda durante el invierno, debido a que no recibe sol durante toda la estación. Durante el verano resultara un área agradable justamente por este mismo motivo aunque la zona de sombra resulta menor debido a la trayectoria solar más alta.

2.- Sur.- Los ambientes principales deberán estar orientados hacia el contrafrente, lo
cual determinara una fachada con pocas posibilidades estéticas cuyo aprovechamiento estará determinado por las habilidades del diseñador. Las demás características son similares a las consideradas en la orientación Norte.

3.- Este.- Recibirá sol durante la mañana, tanto en invierno como en verano. La
Presencia de árboles de hoja perenne en el frente impedirá un adecuado asoleamiento durante el invierno. El contrafrente recibirá sol durante la tarde. Durante el invierno resultara agradable, pero durante el verano y estaciones intermedias será necesario controlar la incidencia de éste por medio de vegetación de hojas caducas, postigos u otros elementos que impidan la incidencia del sol sobre la vivienda.
La penetración solar durante el verano en esta orientación puede llegar a provocar sobrecalentamiento en el interior de la vivienda, inconveniente que puede ser controlado parcialmente con un muro macizo de por lo menos 30 cm de espesor. Muros huecos, aunque tengan el espesor indicado no tienen demasiada influencia sobre el fenómeno de sobrecalentamiento.

Si el ancho del terreno lo permite la vivienda deberá recostarse sobre la medianera sur, mientras que la fachada norte recibirá sol durante todo el día tanto en verano como en invierno. Las características del asoleamiento durante esta última estación dependerán de la cercanía de la fachada al edificio contiguo, cuanto mas cercano se encuentre mayor será la posibilidad que le arroje sombra sobre su vivienda.

Sobre este punto hay que tomar en cuenta que su medianera Norte es la medianera Sur de su vecino, por lo tanto el área de sombra permanente estará sobre su predio, con las consecuencias que ello acarrea, por lo tanto si el terreno tiene menos de 12 m de ancho hay que tratar de evitar abrir ventana de importancia en planta baja sobre la fachada Norte, aún si en la actualidad no existen obstáculos en el predio vecino.

4.- Oeste.- Valen las mismas consideraciones que en el caso anterior, con la
diferencia que la protección hacia el Oeste deberá estar colocada sobre la vereda.

Orientaciones Intermedias. La situación en orientaciones intermedias puede favorecer o no las situaciones planteadas anteriormente, pero en general pueden asimilarse a lo que sucede en la orientación principal que se halle más cercana.

Se tienen que resolver, la orientación, por lo tanto trate de resolver sus inconvenientes de orientación dentro de su predio y a través de la propia arquitectura se forma tal de evitar inconvenientes futuros. Además hay que considerar que si en el terreno lindero no hay vivienda construida, en algún momento podrá haberla, incluso si hoy la hay, piense que sucede sobre su terreno si la amplían un piso mas,. a veces resulta conveniente modificar la orientación de una ventana aun si la nueva orientación resulta menos favorable, si existe la posibilidad que a futuro la vivienda lindera provoque inconvenientes.

Dependiendo del asoleamiento se debe de dar una correcta orientación junto con un estudio del entorno que permita detectar obstáculos, permitirá a través de un adecuado manejo de perforaciones, esto nos permitirá contar con una fuente adicional de energía proveniente del sol que reducirá el consumo energético para calefacción e iluminación
El Aprovechamiento y la protección sola nos llevan al un campo a través del cual, el estudio de las condiciones climáticas locales disponibles a partir de estadísticas meteorológicas permitirá detectar la necesidad de aprovechar la incidencia de la radiación solar disponible o, por el contrario, establecer los medios adecuados para su protección y de esta forma evitar sobrecalentamientos indeseados en verano.
Es muy importante conocer la trayectoria del sol para cada una de las estaciones del año favorece el diseño de elementos de protección para la época pero que a su vez permitan la penetración solar en invierno.

LA ORIENTACIÓN

La orientación depende de las prioridades en el aprovechamiento del viento dominante, iluminación y el asoleamiento. En los climas fríos las zonas habitadas de la vivienda deben orientarse al soleamiento y procurar dar la espalda a los vientos dominantes. En todo caso si el viento dominante coincide con el asoleamiento, el viento se debe modificar mediante la vegetación. Cosa difícil de lograr con el sol. En el clima caluroso se debe evitar mediante árboles que den sombra o poniendo los locales en donde no importa el calor con orientación hacia el sol.

Las sombras de los árboles varían con las horas del día y estaciones del año. Es un valioso para proteger del sol.

Orientación de las ventanas con respeto al asoleamiento

La conservación de un ambiente confortable, dentro de la habitación depende de una buena orientación y una correcta ubicación de las ventanas de manera que se permita el asoleamiento y se proteja de una excesiva insolación.

Orientación sur
Los rayos solares inciden desde avanzada la mañana hasta el final de la tarde. En la orientación sur hay una máxima incidencia de los rayos solares durante el día.
En la zonas calidas o en verano se puede controlar fácilmente con un diseño adecuado de volados o faldones.
En el invierno, la baja inclinación del sol provoca una profunda incidencia de los rayos en las habitaciones orientadas al sur.

Orientación este
Los rayos solares inciden solamente en las primeras horas de la mañana. En el verano cuando el sol sale por el este, los rayos incidirán en las primeras horas de la mañana. El sol estará muy bajo en el cielo, y en general no será muy intenso.
En el invierno, el sol se levanta mas hacia el sureste, y por esto, el tiempo de incidencia es menor.

Orientación Sureste
Los rayos solares inciden desde las primeras horas de la mañana hasta el mediodía. A media mañana el sol estará suficientemente alto en el cielo como para que haya una intensidad moderada de los rayos solares.

Orientación Suroeste
Los rayos solares incidirán desde antes del mediodía hasta la puesta del sol; estará a una altura razonable del cielo y los rayos solares serán mucho mas intensos que en la mañana. En algunas zonas durante el invierno el sol se pondrá en el sureste.

Orientación Oeste
Los rayos solares incidirán desde pasado el mediodía hasta la puesta del sol. Durante los mese de verano el sol del oeste será muy intenso y se pondrá entre el oeste y el noroeste. En el invierno se pone generalmente en el suroeste.

Orientación norte.
En esta orientación los rayos solares inciden en algunos días cerca del solsticio de verano, En invierno no inciden directamente sobre la fachada.
Condiciones de asoleamiento mínimo

Normativamente se recomienda un mínimo de 2 horas de sol diarias a lo largo del año, en todo el territorio nacional, en las habitaciones de máxima ocupación. Considerándose asoleada una ventana cuando la radiación que penetra a través de ella en la habitación (directa más difusa) sea mayor de 209.200 J/m²h (50 Kcal/m²h).
En las zonas cálidas no existen problemas para satisfacer esta recomendación ya que las horas de sol permiten terminarla sin problema. El problema se presenta en las zonas frías donde el día tiene corta duración.

CRITERIOS QUE DEPENDEN DEL ASOLEAMIENTO

Estaciones del año

Dependiendo de la latitud y de la altura, los cambios meteorológicos a lo largo del año pueden ser mínimos, como en las zonas tropicales bajas, o máximos, como en las zonas de latitudes medias. Todos estos climas se ven reflejados en la Arquitectura.

En estas zonas se pueden distinguir periodos, que llamamos estaciones, con características más o menos parecidas, que afectan a los seres vivos. En general, se habla de cuatro estaciones: primavera, verano, otoño e invierno. Las dos primeras componen el medio año en que los días duran más que las noches, mientras que en las otras dos las noches son más largas que los días.

Causas y efectos de las estaciones
A causa de las variaciones climáticas que sufre la Tierra, el año está dividido en cuatro períodos o estaciones. Estas variaciones en el clima son más acusadas en las zonas frias y templadas, y más suaves o imperceptibles entre los trópicos.
Las variaciones se deben a la inclinación del eje terrestre. Por tanto, no se producen al mismo tiempo en el hemisferio Norte (Boreal) que en el hemisferio Sur (Austral), sino que están invertidos el uno con relación al otro.
Mientras la Tierra se mueve con el eje del Polo Norte inclinado hacia el Sol, el del Polo Sur lo está en sentido contrario y las regiones del primero reciben más radiación solar que las del segundo. Posteriormente se invierte este proceso y son las zonas del hemisferio boreal las que reciben menos calor.
Las cuatro estaciones están determinadas por cuatro posiciones principales en la órbita terrestre, opuestas dos a dos, que reciben el nombre de solsticios y equinoccios. Solsticio de invierno, equinoccio de primavera, solsticio de verano y equinoccio de otoño.
No solamente hay cambios en la temperatura sino que también ocurren en la cantidad de luz solar y la precipitación.

El clima
Las variables climáticas más importantes que debemos tomar en consideración son: el sol, la luz, el viento, y las estaciones del año.
El mayor efecto de la radiación solar es el calor. La luz y por tanto, los reflejos, son partes indisoluble de la presencia del sol. El Angulo de incidencia a distinta hora y estaciones debe ser considerado para lograr su óptima utilización de la luz en la calefacción y la iluminación.

La estaciones del año en función de precipitaciones fluviales, cambios de temperatura, humedad, tipo de vegetación, etc. tendrá una gran influencia en la necesidad de proporcionar calefacción, ventilación, etc.

Las estaciones desempeñan un papel muy importante a la hora de determinar las áreas climáticas del planeta. La luz solar calienta las masas terrestres, lo que provoca a su vez un calentamiento de la masa de aire situada encima que reduce su densidad y hace que se eleve. El aire situado sobre los océanos, más frío, se desplaza hacia la tierra para ocupar el espacio libre lo que crea movimientos de aire cíclicos que provocan disturbaciones climáticas importantes. Los ciclos de calentamiento y enfriamiento y las corrientes de aire resultantes disminuyen normalmente con la llegada del invierno, ya que en esa época la diferencia de temperatura entre la tierra y el océano se reduce. Generalmente, estos ciclos se dejan notar más en el Hemisferio norte porque la superficie terrestre que calienta el aire es muy amplia. Los monzones y los huracanes son los dos extremos de estos comportamientos del tiempo.

Solsticios y equinoccios

Primero se necesita definir que son Solsticios y equinoccios, para poder comprenderlos mejor.
Solsticio Es cualquiera de los dos puntos de la eclíptica en los que el Sol está en el
Punto más alejado del ecuador celeste. El solsticio en el norte del ecuador celeste se denomina solsticio de verano porque el Sol está en su declinación máxima, hacia el 21 de junio; el solsticio en el sur del ecuador celeste, llamado solsticio de invierno, tiene lugar hacia el 21 de diciembre. Para los habitantes del hemisferio sur la situación se invierte. El término solsticio significa 'Sol inmóvil'; en esos momentos el Sol cambia muy poco su declinación de un día a otro y parece permanecer inmóvil en un lugar al norte o al sur del ecuador celeste.

Equinoccios, el eje de rotación de la Tierra es perpendicular a los rayos del Sol,
que caen verticalmente sobre el ecuador. En los solsticios, el eje se encuentra inclinado 23,5º, por lo que los rayos solares caen verticalmente sobre el trópico de Cáncer (verano en el hemisferio norte) o de Capricornio (verano en el hemisferio sur).
A causa de la excentricidad de la órbita terrestre, las estaciones no tienen la misma duración, ya que la Tierra recorre su trayectoria con velocidad variable. Va más deprisa cuanto más cerca está del Sol y más despacio cuanto más alejada.

Por esto, el rigor de cada estación no es el mismo para ambos hemisferios. Nuestro planeta está más cerca del Sol a principios de enero que a principios de julio, lo que hace que reciba un 7% más de calor en el primer mes del año que no a la mitad de él. Por este motivo, en conjunto, además de otros factores, boreal es menos frío que el austral, y el verano austral es más caluroso que el boreal.

A causa de perturbaciones que experimenta la Tierra mientras gira en torno al Sol, no pasa por los solsticios y equinoccios con exactitud, lo que motiva que las diferentes estaciones no comiencen siempre en el mismo preciso momento.
Inicio H. norte H. sur Dias duración Inclinación
20-21 Marzo Primavera Otoño 92,9 0º
21-22 Junio Verano Invierno 93,7 23,5º Norte
23-24 Septiembre Otoño Primavera 89,6 0º
21-22 Diciembre Invierno Verano 89,0 23,5º Sur

El eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de aproximadamente 23°.5 con la dirección perpendicular a la misma. Como el eje de rotación se conserva prácticamente paralelo a sí mismo durante la traslación, los rayos solares inciden sobre las distintas latitudes con diferente inclinación a lo largo del año, originándose las estaciones astronómicas.

Solsticio de verano,
Es cuando el Sol ilumina más directamente el Hemisferio Norte. Sus rayos caen perpendiculares al Trópico de Cáncer en la región comprendida entre el Círculo Polar Artico y el Polo Norte el Sol está sobre el horizonte las 24 horas del día, mientras que el Polo Sur está en sombras.

Solsticio de invierno
Es cuando el Sol ilumina más directamente el Hemisferio Sur. Sus rayos caen ahora perpendiculares al Trópico de Capricornio (aproximadamente latitud 23°.5 Sur), y en la región comprendida entre el Círculo Polar Antártico y el Polo Sur el Sol está sobre el horizonte las 24 horas del día, mientras que el Polo Norte permanece en sombras.

Equinoccio de primavera y de otoño
La eclíptica está inclinada respecto al ecuador celeste en 23°.5 aproximadamente, por lo que ambos planos se cortan en dos puntos, denominados equinoccio vernal y equinoccio otoñal. El Sol se encuentra en el equinoccio vernal1, conocido por los navegantes como Primer Punto de Aries, alrededor del 21 de marzo y en el equinoccio otoñal1 alrededor del 23 de septiembre. En estos dos días en el momento del tránsito el Sol se encuentra en el cenit en aquellas localidades situadas sobre el Ecuador terrestre.

Angulo de Inclinación de la Tierra con respecto al sol.

El eje de rotación de la Tierra está inclinado unos 23,5º aproximadamente con respecto al plano de la órbita que describe alrededor del Sol. El eje de rotación de la Tierra parece siempre apuntar en la misma dirección, que coincide muy aproximadamente con la posición de la estrella polar hacia el norte, esto es porque actúa como un giroscopio. La respuesta es porque se comporta como un giroscopio. Un giroscopio no es más que un objeto sólido en rotación. Los giróscopos tienen tendencia a mantener la dirección del eje de rotación en una posición fija.

Azimut
Azimut en náutica es la Demora verdadera de un astro, o lo que es lo mismo, el ángulo formado por las líneas, que partiendo del observador van por su plano horizontal, una hacia el norte verdadero y la otra hacia el punto del horizonte donde se proyecta verticalmente un astro. Se mide en grados partiendo desde el meridiano del observador y en sentido de las agujas del reloj.

El azimut también se define como el ángulo esférico formado por dos círculos que se cortan en la vertical del observador pasando uno por el astro observado y el otro por los polos. El azimut se expresa por los grados y los puntos cardinales correspondientes al ángulo menor y más cercano al astro observado.
En cartografía, el azimut es la dirección de un punto medida en grados respecto del norte.
Norte 0° (o 360°)
Este 90°
Sur 180°
Oeste 270°
El azimut podrá ser magnético, si se mide respecto al norte magnético, o real, si se mide desde el norte geográfico. En el caso de las cartas de navegación aéreas, en las que se usa el acimut magnético, se le denomina rumbo.

Altitud y latitud

Altitud
Es la altura sobre el nivel del mar. Para referir las altitudes al nivel del mar y dado que éste varía en el espacio y en el tiempo, cada país fija convencionalmente el lugar a partir del cual se calculen todas las cotas de altitud que aparecerán en la cartografía oficial; es el denominado cero de nivelación. El nivel medio del mar, o nivel cero, se calcula con un mareógrafo a partir de una serie de registros ininterrumpidos de oscilaciones de mareas.

Latitud
Es la medida sobre un meridiano, entre una localización terrestre y el ecuador. Se mide en grados. Si el punto pertenece al hemisferio Norte es positiva y negativa para el hemisferio sur. Varia entre 0º y 90º norte y entre 0º y - 90º sur. Es común, en particular para trabajo de fórmulas para medir distancias entre puntos o en la computación, tomar las latitudes al sur del ecuador como negativas y al norte como positivas.
La latitud j se mide por su elevación en grados respecto al ecuador, considerando el polo norte como j =90º N.

Cartas Solares

Las cartas solares nos indican el recorrido solar sobre el horizonte teórico. El recorrido solar se puede estimar por medio de gráficos geométricos, o por medios analíticos. La representación más elemental del recorrido solar sobre la hemiesfera celeste se puede realizar en sistema diédrico, aunque requiere operaciones de geometría descriptiva para su utilización. Un modelo tradicional es la Carta Solar de Fisher-Mattioni.
Una versión modificada, para su lectura directa en planta, es la Carta Solar Estereográfica. Su uso es tan sencillo como determinar la curva de la fecha (día 21 de cada mes) y el punto de la hora solar real, para leer directamente la Altura solar A en los círculos concéntricos y el Azimut Z en el borde de la carta. Se advierte que cada latitud precisa de una carta solar diferente.

Una variante muy interesante para los arquitectos es la Carta Solar Cilíndrica, basada en la proyección del recorrido solar en un cilindro que rodee al observador, en vez de una hemiesfera. Al ser cortado el cilindro por el norte se puede desplegar una proyección plana del recorrido solar, con lectura directa de la Altura y Azimut solar.
En la práctica se utiliza una escala uniforme para la altura solar (0º a 90º), para evitar que el sol "se salga por arriba del cilindro".
La principal ventaja de la carta cilíndrica es la posibilidad de representar el horizonte real en torno al observador, y estudiar directamente las obstrucciones solares, así como el diseño directo de ventanas y parasoles.

LA ILUMINACION POR ASOLEAMIENTO O ILUMINACION NATURAL

La iluminación se puede lograr de dos maneras: natural y artificial, la que nos interesa es la natural.
La natural se logra a través de ventanas o vanos y desniveles en las losas (cenital). Las disposiciones para el área mínima de vanos para la iluminación indican 1/5 de la superficie del piso local.
La fuente de iluminación natural es el sol, pero la luz debido al asoleamiento llega al interior de un local de las siguientes maneras:
1.- Difusa o cenital a través de un domo o ventana con vidrio traslucido.
2.- Reflejada en el exterior por el piso, objetos o edificios.
3.- Reflejada en el interior de local por los muros, plafón o cualquier otra superficie.
4.- Luz directa del sol a través de una ventana.

El porcentaje de luz que entra de cada una de las fuentes antes mencionada determina la calidad y cantidad de luz dentro de un local. La luz directa se debe controlar dependiendo del clima, ya que en los lugares calidos, los rayos solares pueden elevar la temperatura interior a niveles intolerables.

LA SOMBRA EN LA ARQUITECTURA

La luz y la sombra, por separado no crean referencias, pero cuando actúan juntas es cuando son de interés para la arquitectura, porque pueden ser instrumento para modelar el espacio.

En el trópico resulta particularmente interesante concebir el espacio arquitectónico mediante el énfasis en el manejo de la sombra, pues en esta latitud es la sombra la que “alumbra” la vida, y es ella la que reúne y promueve las vivencias, ya que la luz por su intensidad y calor excesivo, incomoda. De ella mas bien hay que protegerse, por eso, en estos proyectos es tratada solo como claridad que invade los recintos y en este caso son las sombras las que intervienen para caracterizar el espacio interior. Cuando en el trópico la arquitectura abandona el muro y se decide por la transparencia, el espacio cambia, ya que de un interior aislado, pasamos a apreciar un interior simultáneamente con un exterior.

Esta concepción del espacio diseñado con sombras en transparencias, que se suceden en diferentes planos y en los que intervienen los reflejos y los destellos, resuelve sus límites con un juego de sombras, semi sombras y claridades.
El espacio así diseñado es percibido mediante la apreciación de esta sombra que varia en intensidad y que se vislumbra en el recorrido. El paso del sol durante el día aporta una variable novedosa que modifica esta percepción incorporando variedad con algunos destellos.

APLICACIONES DEL ESTUDIO DEL SOLEAMIENTO

En urbanismo, el soleamiento es un elemento fundamental para definir el clima de un territorio o parcela, pero además es un factor con una enorme influencia en los otros elementos del clima, y sobre todo, del microclima, pues modifica la temperatura y humedad, brisas, vegetación, etc., del lugar.
En el proyecto de edificios, el soleamiento es una herramienta imprescindible para el diseño de la topología y la orientación de los cerramientos y huecos exteriores. En particular, es la base de la Arquitectura bioclimática, que aprovecha las energías naturales y sus variaciones diarias o estacionales para acondicionar el ambiente de edificios y espacios exteriores a las necesidades de los habitantes, como una metáfora de la adaptación climática de los seres vivos.
En la iluminación natural, permite resolver la contradicción habitual de todo buen diseño de hueco de luz, que debe permitir la entrada del máximo de luz difusa, procedentes de la bóveda celeste, pero al mismo tiempo impedir el soleamiento directo en épocas de calor (en verano, por la tarde), ¡aunque permita la calefacción solar directa en épocas de frío!.
Es necesario para el diseño y durabilidad de elementos constructivos, por el excesivo calentamiento de fachadas y cubiertas de edificios (¡hasta 75ºC!), las previsiones de aislamiento térmico o el cálculo y dimensionado de las instalaciones de climatización.

BIBLIOGRAFIA

Las medidas de una casa. Antropometría de la vivienda. Autor. Javier Fonseca. Editorial Limusa. Paginas. 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 y 118.
http://www.astromia.com/tierraluna/estaciones.htm
http://www.hidro.gov.ar/Not2003/Estaciones2003.asp
http://www.arqcon.com.ar/pprof/ppterreno.htm
http://www.arquisolar.com.ar/htm/paginas/aprov.htm
Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2005. © 1993-2004 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
http://editorial.cda.ulpgc.es/ambiente/2_clima/2_soleamiento/9_anexo/index.htm
http://editorial.cda.ulpgc.es/ambiente/2_clima/2_soleamiento/a226.htm


Por iiarquitectos

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