CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

AMILSON DOS SANTOS BRITTO

KAWANN ALEXANDRE PEREIRA BRAZ

IRRIGAÇÃO TEMPORIZADA E CONTROLE DE UMIDADE EM VASOS ORNAMENTAIS

GARÇA

2016

CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRONICA INDUSTRIAL

AMILSON DOS SANTOS BRITTO

KAWANN ALEXANDRE PEREIRA BRAZ

IRRIGAÇÃO TEMPORIZADA E CONTROLE DE UMIDADE EM VASOS ORNAMENTAIS

Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores.

Data da aprovação: / /

_________________________________ Prof. Laerte Edson Nunes FATEC Garça _________________________________ Prof. FATEC Garça _________________________________ Prof. FATEC Garça GARÇA 2016

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IRRIGAÇÃO TEMPORIZADA E CONTROLE DE UMIDADE EM VASOS ORNAMENTAIS

Amilson dos Santos Britto1 eletronicatim13@gmail.com

Kawann Alexandre Pereira Braz Kawann_Braz@live.com

Prof. Laerte Edson Nunes2

Laerte.edson.nunes@terra.com.br Resumo – O objetivo do trabalho é o desenvolvimento de um dispositivo de irrigação temporizada e controle de umidade em vasos de plantas ornamentais, visando à redução de taxas de consumo de água nas residências, evitando assim, o desperdício desnecessário, e provendo conforto e redução de tempo. O tema reflete uma situação problema em relação à água, traduzido na necessidade da sociedade economizar e consumir de maneira consciente, pois no futuro, as gerações não terão a mesma em abundância e qualidade. Com base no exposto, procurou-se nas ferramentas da eletrônica e programação presentes nos conteúdos trabalhados no curso de Mecatrônica Industrial, criar um dispositivo automático capaz de oferecer ao usuário suporte, qualidade, confiabilidade e eficácia na irrigação de vasos e plantas ornamentais. A metodologia utilizada está fundamentada teoricamente em bibliografia de autores consagrados na área, e como prática, a construção de um protótipo, comprovando seu funcionamento. As questões postas refletem a relevância ambiental e acadêmica do tema escolhido para a pesquisa. Palavras-Chave: Irrigação. Desperdício. Mecatrônica Industrial. Abstract – Purpose of the Project is development of a timed irrigation device and humidity control in potted plants, focusing reduction the of rate of consumption in households and avoiding unnecessary waste, plus a certain comfort and reduction of time. The theme reflects in a situation that always heard in relation to water, that corporation need economy and use up in a way aware, cause in the future generation will not have same fullness that we have. Searched In eletronic’s tool, programimg present in contents perfomed with teachers on current Industry Mechatronics, to creat a automatic device able offer the user full support, quality, reliability and efficiency in the field of irrigation. The methodology used is theoretically based on bibliography in the field and as a practice, and the construction of a prototype, demonstrating the implementation and proving its operation. Questions put forward reflect the social and academic relevance of the topic chosen for research. Keywords: Irrigation. Waste. Industry Mechatronics.

1 Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial da Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC. 2 Docente da FATEC-Garça.

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1. INTRODUÇÃO

A automatização está ligada à efetuação de movimentos automáticos,

repetitivos e mecânicos, e um sistema de automação procede como um operador

humano que pensa e executa a ação mais apropriada a partir do uso das

informações sensoriais. (ROSÁRIO, 2009).

Antigamente a automação residencial era considerada luxo. Somente

pessoas com alto poder financeiro tinham acesso ao conforto, segurança e aos

padrões estéticos oferecidos por este serviço. Aos poucos esta tecnologia foi

ganhando espaço, valorizando ambientes, e reduzindo os custos.

Hoje, há uma série de possibilidades práticas e econômicas que utilizam a

automação desde a básica até a mais abrangente, em sistemas de integração para

diversos ambientes. O resultado é um ambiente prático, confortável, agradável,

valorizado e seguro, de acordo com o interesse do usuário.

Viabilizando essa evolução, imagina-se um meio de estar minimizando uso

inadequado da água em residências e outros estabelecimentos. Segundo a

Organização das Nações Unidas (ONU), uma família brasileira de classe média

consome pelo menos 200 litros de água/dia, esse número está muito acima da

quantidade suficiente para uma família consumir diariamente, que seria de 110 litros.

Os outros 90 litros são caracterizados como desperdício.

Um dos problemas que vêm afetando a água, é que 72% são utilizados para a

irrigação. Para coibir o problema, é imprescindível sensibilizar a sociedade para a

conscientização sobre o uso racional da água, do contrário, as futuras gerações

poderão ficar privadas de água potável ao próprio consumo. (WWF, 2001).

O tema escolhido para o projeto está relacionado aos conteúdos trabalhados

no curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, e foi motivado pela questão do

uso inadequado e irracional da água e seus resultados, com foco na irrigação de

vasos ornamentais, e a busca de possiblidades para diminuir os abusos e oferecer

tecnologias que possam minimizar os desperdícios e as consequências.

A pesquisa está fundamentada teoricamente na revisão bibliográfica e como

metodologia, a construção de um protótipo, com um dispositivo automático,

temporizado, controlado por um sensor de umidade, minimizando e controlando o

fluxo de água.

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OBJETIVOS

Analisar ideias e projetos já existentes, para compreender seu funcionamento

e buscar alternativas que podem incrementar e ajudar por meio de materiais,

componentes, montagem e instalação que viabilizem a elaboração de um protótipo.

Desenvolver um protótipo capaz de irrigar vasos ornamentais de maneira

controlada, visando à economia ou racionalização da água, além de proporcionar um

conforto ao usuário, poupando tempo e desgaste, com a ajuda da tecnologia.

1. DESENVOLVIMENTO

1.1 Referencial Teórico

Segundo Andrade (2016, p.1), “As plantas surgiram no oceano. Depois

surgiram vegetais, como os musgos. Além de viverem em ambiente terrestre, os

musgos precisam de locais úmidos”.

Em seguida, o surgimento de plantas que possuíam elementos para o

transporte de água (pequenos canais), como as samambaias. Estas plantas

possuem três partes fundamentais: a raiz, o caule, e a parte que faz a fotossíntese,

formada pelas folhas.

Com o passar do tempo, vieram plantas maiores, com flores e frutos. Os

cientistas concluíram que a evolução aconteceu desse modo depois de estudarem

os fósseis desses vegetais, ou seja, os vestígios deixados pelas plantas em

diferentes épocas.

Segundo Coelho (2010, p.1). “A beleza de um jardim não se restringe apenas

à escolha das plantas. A irrigação na medida certa é que vai definir não só a

vitalidade da paisagem por muitos anos, como garantir a economia de água “.

Para Geiser (2010, p.1)

Cada espécie vegetal, fruto de ecossistemas diferentes, necessita de uma determinada quantidade de água para exercer suas funções. Se falta água, as plantas murcham e, caso não sejam irrigadas a tempo, morrem. Existe um ponto de murchamento, a partir do qual as plantas não se recuperam mais, mesmo que sejam irrigadas. Por isso, uma irrigação equilibrada é fundamental, pois o excesso de água também é prejudicial, porque causa a proliferação de fungos e bactérias.

Há muito tempo se sabe que as plantas de interiores melhoram a

qualidade do ar dentro de casa: segundo um artigo publicado em 2009 na revista

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Hort Technology, elas reduzem o nível de ozônio, que é prejudicial à saúde.

Anualmente, calcula-se que seis milhões de pessoas morram em decorrência desse

tipo de poluição.

De acordo com Selletti (p.1, 2014) “As plantas não só melhoram a saúde,

como também o estado mental e emocional dos que convivem com elas”.

No sentido de possuir um bom desempenho no sistema temporizado e

sensorial, a fim de diminuir a taxa do consumo da água nas residências, criar um

ambiente favorável, gerar conforto e melhorar a qualidade de vida são necessários

levar em conta algumas condições como:

Localização: uma boa localização, bons acessos são de muita importância,

ajudam de maneira expressiva a irrigação dos vasos e assim o bom funcionamento

do sistema.

Arranjo: utilizar estruturas e materiais para posicionar os vasos de acordo

com a localização desejada.

Recursos humanos: em companhia com o protótipo escolhido, é necessário

que o usuário tenha conhecimento de como cultivar a espécie de planta que ele

desejar.

O dispositivo pesquisado para elaboração do trabalho de conclusão de curso

é um protótipo voltado à irrigação temporizada e controle de umidade em vasos

ornamentais, criado para a aguagem automática. É instalado sobre as jarras e

colocado um sensor de umidade no interior do recipiente e aterrado. Através do

sensor a lógica de funcionamento inicia o seu processo, liberando o fluxo de água.

A tecnologia atual vem proporcionar o devido conforto e facilitar cada vez

mais a vida humana. Mesmo sem ninguém por perto, é possível fazer o uso da

irrigação de forma competente e até bem melhor do que seria feito manualmente,

graças ao sistema de irrigação automatizada.

As vantagens desse sistema são inúmeras, destacando-se:

A beleza da paisagem, a exuberância das flores, plantas e gramados e

otimização do uso da água, que impede desperdícios.

Uso racional e econômico da água e tempo livre para outras atividades

de lazer, pois se elimina o uso de mangueiras, mão de obra, gasto

excessivo e desnecessário de água.

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Figura1 - Vaso ornamental

(FLORESCULTURAMIX, 2016).

1.2 Protótipo

O protótipo usa como principal meio de controle o sensor de umidade, que é instalado na parte interior do vaso no solo da planta, passando informações a respeito da situação da terra se a umidade está dentro dos padrões.

1.3 Sensores

Sensores são dispositivos que trabalham com medidas de grandezas físicas,

como: temperatura, pressão, presença, umidade, intensidade luminosa, entre outros.

As grandezas medidas pelos sensores são combinadas a fim de obter informações

sobre o meio físico, onde estão presentes. Em geral os sensores

atuam transformando partes de uma grandeza física normalmente em um sinal

elétrico, que por sua vez pode ser interpretado por certos equipamentos eletrônicos

(BORGES & DORES, 2010).

Segundo Borges & Dores (2010), os sensores quando operam de forma direta,

transformando uma forma de energia em outra são chamados de transdutores. Os

sensores onde as operações ocorrem de forma indireta alteram suas propriedades,

como a resistência, capacitância ou indutância, sob a ação da grandeza de forma

que essa alteração ocorre mais ou menos proporcional.

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São vários os tipos de sensores utilizados nos mais variados tipos de sistemas

e máquinas como exemplo: eletromecânicos, ópticos, encoders, indutivos,

capacitivos, magnéticos, proximidade e ultrassônicos.

2.4 Relés

Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos. Nas proximidades de

um eletroímã, é instalada uma armadura móvel que tem por finalidade abrir ou

fechar um jogo de contatos. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica

é criado um campo magnético que atua sobre a armadura, atraindo-a. Nesta atração

ocorre um movimento que ativa os contatos, os quais podem ser abertos, fechados

ou comutados.

Quando a corrente deixa de circular pela bobina do relé, o campo magnético

criado desaparece, e com isso a armadura volta a sua posição inicial pela ação da

mola. A aplicação mais imediata de um relé com contato simples é no controle de

um circuito externo ligando ou desligando.

Na figura 2, esquema do Contato relés

Figura 2 - Contatos relés

Fonte: electronica-pt ( 2016 ).

Uma das suas características é que eles podem ser energizados com

correntes muito pequenas em relação à corrente que o circuito controlado exige para

funcionar. Isso representa a possibilidade de controle dos circuitos de altas correntes

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como motores, lâmpadas e máquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos

eletrônicos fracos como transistores, circuitos integrados, etc.

Outra característica importante é a segurança dada pelo isolamento do

circuito de controle em relação ao circuito que está sendo controlado. Não existe

contato elétrico entre o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do relé, o que

significa que não há passagem de qualquer corrente do circuito que ativa o relé para

o circuito que ele controla. Se o circuito controlado for de alta tensão, por exemplo,

este isolamento pode ser importante em termos de segurança.

Do mesmo modo, pode se controlar circuitos de características completamente

diferentes usando relés, cuja bobina seja energizada com apenas 6 ou 12V, pode

perfeitamente controlar circuitos de tensões mais altas como 110V ou 220V. É o caso

do circuito de acionamento do motor CC do projeto de irrigação, é usado um relé 12V

10A. Contém cinco terminais: L (1) , C (comum), L (2), NA (normalmente aberto) e NF

(normalmente fechado). Ao receber tensão de 12 volts pelos terminais L1 e L2 ele

fecha o circuito entre os terminais C e NA e abre o circuito entre os terminais C e NF.

Na figura 3,Relé de 5 terminais 10A,250v

Figura 3 - Relé 5 terminais

Fonte- coral.ufsm(2016)

2.5 LM 741

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O Instituto Newton C. Braga (NCB) considera o amplificador operacional 741

um dos circuitos integrados clássicos da eletrônica. É o amplificador genérico com o

qual todos os outros são comparados, podendo operar com tensões entre 6 e 18

volts tipicamente e com uma frequência de transição em torno de 1Mhz. O 741

exige uma fonte de alimentação simétrica e seu funcionamento pode ser resumido

da seguinte forma: Uma tensão aplicada à entrada não inversora é subtraída da

tensão aplicada à entrada inversora e a diferença é amplificada cerca de 100.000

vezes, ou seja, ele tem um "ganho" de cerca de 100.000 vezes. Possui uma

impedância de entrada muito alta, cerca de 2MΩ (dois milhões de ohms), e uma

impedância de saída baixa (cerca de 75Ω). Isto quer dizer que ele coloca o sinal

amplificado na sua saída quase sem consumir corrente na entrada. A sua saída,

apesar da baixa impedância, está limitada a uma pequena corrente, cerca de 20mA.

Ele apenas tem aplicação como comparador de tensão. Neste caso, uma

pequena diferença de tensão entre as entradas positivas e negativas é amplificada,

levando a tensão de saída a um valor próximo da tensão de alimentação positiva ou

negativa, dependendo do sinal da diferença e da configuração do circuito como

inversor ou não inversor.

Possui também dois pinos chamados "offset null". Estes pinos existem, uma

vez que quando as duas tensões de entrada são iguais a zero, a saída do 741 não é

precisamente zero, existindo uma tensão residual da ordem de microvolts ou

milivolts. Este componente é encontrado em osciladores, filtros, circuitos lógicos, na

amplificação de sinais AC, DC e até como driver.

Na figura 4, LM 741 com 8 terminais .

Figura 4 - LM 741

Fonte: answers( 2016)

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Figura 5 - LM 741 esquema tecnico

(TELREDESTREINAMENTOS, 2016)

2.6 Válvulas solenoide

São utilizados numa grande quantidade de aplicações na indústria, em

eletrodomésticos de todos os tipos, em eletrônica embarcada (automotiva,

aeronáutica e náutica), além de muitos outros campos em que a eletrônica esteja

presente. O solenoide é um dos mais importantes de todos os dispositivos

eletromecânicos conhecidos.

Em relação ao protótipo acompanhado de toda lógica do funcionamento está

sendo empregado um tipo de válvula, que permite ou não o escoamento da água,

ela é denominada como: Válvula solenoide simples entrada de água.

Necessita dispor de uma corrente elétrica para deslocar um pino e realizar a

simples tarefa de abertura e fechamento da válvula. O solenoide é controlado por

uma corrente elétrica por meio de uma bobina que é formada por um fio enrolado ao

redor de uma superfície cilíndrica e quando a corrente elétrica passa por este fio, ela

gera uma força eletromagnética no centro da bobina solenoide, fazendo com que o

êmbolo da válvula seja acionado, onde converte energia elétrica em mecânica que,

por sua vez, abre ou fecha a válvula mecanicamente permitindo ou não o fluxo de

água.

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Figura 6 - Válvula solenoide simples

(ELETROJB, 2016)

2.7 Interruptor RtSt20

Segundo a empresa Coel (2016, p.1) funciona como um temporizador horário,

possui duas saídas a relê para comando de equipamentos de acordo com os

programas estabelecidos . É possível configurar até 40 programas (20 ligas e 20

desliga) para comandar o equipamento conectado à saída do instrumento, sendo

que o intervalo mínimo entre os programas é de 1 minuto. Possui também a função

de pulso que possibilita a configuração de um tempo, de 1 a 59 segundos.

Suas características, respectivamente são:

20 memórias para programação.

Programação de pulso, com ajuste de 1 a 59 segundos.

Programas diários e semanais.

Acionamento manual da saída.

Alimentação 100 a 240Vca.

Frequência 48 a 63 Hz.

2 saídas relé 8 A.

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Figura 7 - Temporizador RTST 20

(COEL, 2016)

2. Metodologia do protótipo

Irá ser citado as etapas do desenvolvimento do projeto, funcionamento, passo

a passo com esquemas elétricos e imagens para ser melhor compreendido.

A metodologia usada como já foi citado anteriormente, é a construção de um

protótipo temporizado automaticamente na irrigação dos vasos de plantas, voltado

com o intuito de controlar o consumo de água e evitar desperdícios nas residências,

apartamentos ou até em estabelecimentos onde há vasos ornamentais que é o caso

de floreiras, pequenas hortas feitas de material como canos e garrafas.

O sensor de umidade no solo é do tipo resistivo, utiliza dois eletrodos para

passar corrente pelo solo e lê o nível de umidade por comparação, com uma

resistência regulada através do trimpot interno e um potenciômetro em paralelo

externo de 20k, ajustável conforme a necessidade.

Figura 8 - Sensor de umidade

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Fonte: Os autores

Quando o solo estiver seco a sua resistência aumenta, dificultando a

passagem de corrente. Com a absorção da água, a resistência do solo diminui

permitindo a passagem de corrente entre os eletrodos e fechando o circuito. Um

meio que foi encontrado para representar esse processo de quando o solo está

molhado ou seco foi através de leds. Uma vez identificado o sinal do sensor manda

para o led indicador e fica trocando as suas polaridades dando assim 0 e 1 sendo

abre e fecha, pegando este sinal e enviando através do diodo BD 136, que deixa

passar o tensão da fonte 12 volts para os relés.

Figura 9 - Circuito relés e leds interligados

Fonte: Os autores

As informações são transmitidas através da resistência entre os polos e

aciona o sistema interno, que as recebe devido ao amplificador 741, que faz a

codificação e distribui para o restante do conjunto.

O acionamento da válvula acontece da seguinte maneira para a passagem

da água:

Figura 10 - Válvula

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Fonte: Os autores

O primeiro relê manda o sinal de 12 volts para o segundo relê que libera a

fonte de 9 volts para o sinalizador de alerta que indica que está ligado. Esse é o

mesmo sinal que chega para o circuito estável, manda para o terceiro relê que vai

deixar passar 127 volts para a válvula solenoide, controlando e conduzindo a

quantidade de água necessária através de uma mangueira para não deixar o solo

encharcado.

FIigura 11 - Circuito astável

Fonte: Os autores

Figura 12 - Esquema 1

Fonte: Os autores

Analisando o funcionamento deste primeiro esquema, pode ser observado

que o conjunto está todo interligado, sendo alimentado por uma fonte de 12 volts,

onde é distribuída para surgimento de outras fontes, como a do pisca a pisca (led), e

para os relês que controlam o sensor, a válvula, e a chave de comutação.

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Figura 13 - Esquema 2

Fonte: Os autores

O segundo esquema mostra que é possível trocar de controlador. Acima foi

relatado como funciona uma parte do protótipo, que aproveita a aplicação do sensor

de umidade que aciona a válvula de água quando percebe que o solo do vaso está

seco.

Agora em diante será revelado como funciona a outra parte de

funcionamento, o componente responsável por essa troca de aplicação é o botão

comutador.

Figura 14 - Comutador

1 – para o sensor de umidade 2- para o programador de horário

0 – desliga o sistema deixando inoperante.

(NOVAELETRONICA, 2016)

O funcionamento da parte de temporização na irrigação, depende totalmente

de um operador programar o horário adequado a sua necessidade, para efetuar a

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irrigação em seus vasos de plantas. A programação é simples, muito eficaz e

respeita o horário estabelecido.

Figura 15 - Dois módulos de irrigação

Fonte: Os autores

Passo 1: Programar o relógio com a hora local através do indicador o relógio na fase

Passo 2: Programar dias da semana letra D.

Passo 3: Programar hora letra H.

Passo 4: Programa minutos letra M.

Passo 5: Programar os dias que devera ocorrer a irrigação.

Programar no temporizador é os mesmos passos da programação de um

relógio. Pode se programar até dez vezes em 24 horas.

Após a análise feita coloca se em funcionamento, ligando na tomada de 127v

e a fonte de 12v, o sistema em 12v consome 1amperes.

Figura 16 - Os dois módulos de controle

Fonte: Os autores

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3. RESULTADOS

Para esse protótipo foi desenvolvido um dispositivo automático capaz de

controlar uma irrigação em vasos de plantas, sobre uma programação desejada no

temporizador e no controle de umidade no solo do vaso. O usuário escolhe, quando

e qual horário deseja que o sistema libere água automaticamente para o vaso, e

também o tempo que será executado essa irrigação através da quantidade de

segundos que o próprio relógio do dispositivo fornece para o programador. É

orientado ao usuário que tenha conhecimento da planta que está cultivando, pois

precisa saber a dosagem certa de água, para evitar uma situação de encharcar o

vaso, e causar o desperdício de água.

Na situação do sensor de umidade que é encontrado no interior do vaso,

identifica se a situação do solo está propicia a receber água. Não há necessidade de

uma programação contínua, o circuito interligado com a lógica do sensor tem o dever

de trabalhar em conjunto e possuir a total noção da quantidade de líquido necessária

para irrigar o solo do vaso.

Figura 17 - Sensor e mangueira dentro do solo

Fonte: Os autores

4. CONCLUSÃO

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Concluímos que a elaboração e construção do protótipo mesmo que em uma

dimensão reduzida e com menos funções em relação a muitos dispositivos que

encontramos dentro do mercado da agricultura, conseguimos atingir o nosso

objetivo, apesar de algumas dificuldades que encontramos no decorrer do projeto. A

principal ideia de estar colaborando com o meio ambiente, evitando o desperdício de

água em residências ou até em outro estabelecimento que cultiva plantas em vasos

conseguimos concretizar, pois o dispositivo realmente proporciona ao usuário essa

função e controla o fluxo de água na irrigação. É preciso ressaltar também que

estamos falando de um sistema automatizado, e todo o sistema fornece ao seu

usuário um conforto, poupando tempo no dia a dia e evitando desgaste.

Este projeto foi satisfatório, por explorar não apenas a área de mecatrônica,

mas outras áreas e assim associar para a elaboração do trabalho possibilitando

conhecimento e experiência.

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