Sistema del motor; alimentación – refrigeración

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Sistema del motor; alimentación – refrigeración

  1. 1. Profesor: Sr. Carlos Fuentes Acevedo Guía Mecánica Automotriz. TEMA: SISTEMAS DEL MOTOR; ALIMENTACIÓN – REFRIGERACIÓN.Tema 1. CARACTERÍSTICAS Y COMPONENTES DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN POR CARBURADOR La carburación tiene como objetivo pulverizar la gasolina y mezclarla con el aire en la proporciónadecuada, de manera que se logre una buena combustión en el cilindro. Esta operación se realiza enel carburador, al cual se hace llegar la gasolina desde el depósito y allí se mezcla con el aire que esaspirado por el motor. El funcionamiento de un carburador está basado en el conocido efecto “vénturi”, es decir, ladepresión que crea toda masa gaseosa cuando circula por una canalización. Esta depresión esdirectamente proporcional a la velocidad con que circula el gas, e inversamente proporcional a lasección de paso por la canalización. Si en el interior de un conducto por el que circula aire seposiciona un surtidor, al que se hace llegar combustible, la depresión creada arrastra dichocombustible vertiéndolo en la corriente de aire, emulsionándose con él. La Figura 1 muestra esquemáticamente el emplazamiento del carburador sobre el colector de admisión 4. En el funcionamiento del motor, cuando el pistón desciende en el tiempo de admisión, con la válvula abierta, el vacío o depresión creado en el cilindro como consecuencia del descenso del pistón, provoca una corriente de aire que entra del exterior, a través del filtro 1 y carburador 2, para pasar al interior del cilindro a través de la válvula de mariposa 3 y el colector de admisión 4. Esta corriente de aire arrastra una cierta cantidad de gasolina en el carburador, que se mezcla íntimamente con el aire y llega así al cilindro. Figura Nº 1.CORRECCIÓN AUTOMÁTICA DE LA RIQUEZA DE MEZCLA.Un carburador comprenderá necesariamente un sistema de emulsión capaz de suministrar, a partirde un determinado caudal de aire (superior al de ralentí), una mezcla cuya riqueza sea constantepara cualquier depresión. Esta mezcla debe ser bien pulverizada y repartida. También deberá estarprovisto de un segundo dispositivo, susceptible de alimentar al motor en la fase anterior al momentode cebado del surtidor.Uno de los dispositivos de corrección automática de la riqueza de mezcla empleado en loscarburadores actuales, es el representado por un surtidor de, donde el surtidor principal va alojadoun tubo, denominado emulsionador, provisto de varios orificios laterales y abierto en su partesuperior, donde se acopla un calibre llamado soplador. La gasolina llega al surtidor a través delcalibre principal, en donde alcanza el nivel normal impuesto por la cuba, quedando tapados todoslos orificios del emulsionador. En estas condiciones, la depresión reinante en el difusor semanifiesta en un 100% sobre el nivel de gasolina del surtidor.
  2. 2. Bomba de AceleraciónConstituido un carburador como hasta aquí hemos descrito, presenta defectos de funcionamiento enlas fases de apertura rápida de la mariposa de gases. En efecto, durante esta maniobra se produce enel difusor un brusco aumento de la depresión que obstaculiza la evaporación del combustible y,además, dada la diferencia con que siguen las variaciones de velocidad los flujos de aire y gasolina,y la resistencia derivada de la inercia del carburante, el aumento de caudal que se le exige en estascondiciones sobreviene con cierto retraso, lo que provoca un empobrecimiento momentáneo de lamezcla, que produce los defectos de comportamiento que hemos citado.Se hace necesario, por tanto, enriquecer la mezcla en estos momentos, pues de lo contrario, lasubida del régimen del motor resulta muy lenta e incluso tenderá a detenerse. Este efecto seconsigue mediante el empleo de la bomba de aceleración, que es accionada de manera simultáneacon la apertura de la mariposa de gases, por medios puramente mecánicos, o neumáticos, vertiendouna cantidad suplementaria de combustible en la zona del difusor.Cuando el motor está funcionando con pequeñas aperturas de la mariposa de gases, el carburadorestá proporcionando una mezcla relativamente pobre para obtener el mejor rendimiento y la mayoreconomía de consumo.Dispositivo para la Marcha en Ralentí. En las condiciones de funcionamiento al mínimo, girando el motor en vacío a bajo régimen ydesarrollando una potencia apenas necesaria para vencer las resistencias pasivas, la mariposa degases ocupa una posición de cierre casi total y, por ello, en el difusor existe una depresióninsuficiente para arrastrar gasolina del surtidor principal. En estas condiciones es necesario recurrira un dispositivo especial para la marcha al mínimo, que constituye un pequeño carburador in-corporado en el principal y que se denomina dispositivo de ralentí, el cual tiene la misión deasegurar el funcionamiento del motor hasta el cebado del circuito principal.Dispositivos de Arranque en Frío.Durante el accionamiento del motor para producir su arranque y posterior funcionamiento, cuandotodos sus componentes están fríos, el carburador debe ser capaz de aportar una mezcla de riquezavariable según la temperatura ambiente y susceptible de ser aumentada hasta veinte veces la riquezanormal. El aumento de riqueza es necesario en, estos momentos, dada la facilidad con que losvapores de carburante tienden a condensarse y depositarse sobre las paredes ahora frías de losconductos de alimentación del motor y del propio cilindro. Con las mezclas ricas quedancompensadas las eventuales condensaciones, lográndose que la mezcla encerrada en el cilindrocontenga el suficiente porcentaje de carburante, de modo que pueda ser inflamada cuando salte lachispa en la bujía.Por otra parte, es evidente que a partir del arranque del motor, el brusco aumento de velocidad queexperimenta, provoca un aumento considerable de la depresión en el colector, de tal forma, que lavaporización del combustible líquido se efectúa muy rápidamente, con lo que se enriquececonsiderablemente la mezcla. En estos momentos se requiere un empobrecimiento inmediato, paraevitar que el motor se "ahogue" con una mezcla incombustible, por exceso de riqueza.Los dispositivos utilizados para lograr un fácil arranque en frío del motor pueden dividirse en dostipos: el llamado estárter, consistente en un carburador auxiliar incorporado en el principal, y elestrangulador, constituido por una sencilla válvula de mariposa situada en la entrada de aire alcarburador. Cualquiera de estos dos sistemas pueden ser de accionamiento manual o automático. 2
  3. 3. En la figura 2 se ha representado un dispositivo de estárter para el arranque en frío, consistente enun segundo carburador simplificado, cuyos elementos de reglaje están constituidos por un calibre deaire A, otro de gasolina B, y un sistema de automaticidad C. El accionamiento del dispositivo serealiza desde un tirador situado en el tablero de instrumentos del vehículo, con el cual puede seraccionado el disco giratorio F, que en posición de funcionamiento presenta sus dos orificioscalibrados frente a la desembocadura de los conductos D y E, respectivamente. Por el contrario, enla posición desactivada, no se produce la coincidencia de estos dos orificios y, con ello, no existecomunicación entre los conductos D y E. En estas condiciones, el pozo C mantiene un nivel igual alde la cuba, de la que le llega la gasolina a través del calibre B. Figura Nº 2.La figura 3 muestra la estructura de un estrangulador de accionamiento manual, cuya leva de mando3 es accionada desde el interior del vehículo por medio de un tirador de cable. Figura Nº 3.La Cuba de nivel constante.El caudal de gasolina aportado por un calibre como el representado en 6 de la Figura 3, es funciónpor una parte de la depresión ejercida a la salida, y por otra, de la presión a la entrada de gasolina almismo, siendo esta última función de la carga de gasolina de la cuba sobre el calibre, aumentada odisminuida de la depresión reinante en la cuba por encima del nivel. Dicho de otra forma, el caudalsuministrado por el surtidor principal para una determinada depresión en el difusor, es función delnivel de gasolina en la cuba y de la presión que actúa sobre éste. Si las variaciones de nivel tienen poca importancia sobre el caudal del surtidor durante el funcionamiento del motor a plena carga, no sucede lo mismo para las bajas cargas, especialmente en el momento de cebado del surtidor, en que la depresión en el difusor es relativamente baja. Esta es una de las causas para disponer de una cuba de nivel constante que asegura un caudal preciso del surtidor bajo débiles depresiones y establece con precisión el instante en que comienza el suministro para un valor dado de la depresión. Figura Nº 4.Un segundo objeto del nivel constante es el de alimentar el surtidor bajo una presión inferior a laque alimenta el carburador, dada por una bomba, que como ya se conoce lleva la gasolina desde eldepósito hasta la cuba. El nivel constante juega entonces el papel de regulador. 3
  4. 4. Tema 2. CARACTERÍSTICAS Y COMPONENTES DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL MOTOR. Debido a la elevada temperatura que se produce en todas las partes del motor que forman la cámarade combustión y en las demás que están en contacto directo con los gases producto de la misma, esnecesario establecer una refrigeración de todos estos elementos, a fin de evitar la elevación excesivade la temperatura, que daría lugar al deterioro y a la consecuente falta de lubricación, al no poderrealizar su acción el aceite de engrase, que resultaría quemado. De ahí la disposición en los motoresde sistemas de refrigeración capaces de eliminar el calor generado por la combustión en loscilindros, culatas, válvulas y cuantas partes reciban los efectos caloríficos de la combustión.Este enfriamiento solamente puede proporcionarlo algún fluido que absorba este calor y que,durante su circuito, pase por una zona o unos dispositivos que permitan su enfriamiento y den iniciode esta manera a un nuevo ciclo. Los fluidos empleados para ello suelen ser generalmente el aire yel agua. (Figura 5) Figura Nº 5. Detalle de las cámaras de agua: 1, culata: hay volúmenes de agua alrededor de las cámaras de combustión y de las válvulas; 2, culata y cilindros: se encuentran en un recinto rodeado de agua.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTA, POR AIREPoco usada en los motores de automóviles, en cambio sí lo es en los de motocicletas y en losmotores convencionales de hélice de los aviones. Su principio consiste en la utilización del aireimpulsado por un potente ventilador sobre las partes a refrigerar.Si no existe un sistema forzado de circulación de aire, no podrá realizarse la refrigeración de todoslos cilindros, máxime si estos están dispuestos en línea. Los cilindros de la parte posterior del motor quedarían muy mal refrigerados por el aire que penetra por la parte delantera del coche. Para paliar este inconveniente, los motores refrigerados por aire emplean un ventilador que establece una corriente de aire sobre los cilindros. Un control termostático regula este flujo de aire para garantizar unas condiciones térmicas de funcionamiento. (Figura 6) Figura 6. Refrigeración por aire: 1 ventilador - 2 carcasa ventilador - 3 estator ventilador A paleta del estator - 5aire - 6 culata refrigerado por aire - 7 deflector - 8 aleta de refrigeración de la cabeza del cilindro - 9aleta de refrigeración del cuerpo del cilindro - 10 toma de aire para calefacción - 11 cilindrorefrigerado por aire - 12 tubo de escape – 13 polea del ventilador - 14 rotor del ventilador - 15correa - 16 paleta del rotor. 4
  5. 5. En los cilindros y culatas de estos motores existen unas aletas que aumentan la superficie decontacto con el aire. Debido a que determinadas zonas de los cilindros y culatas, como son losconductos de las cámaras de combustión, están sometidas a una aportación de calor muy grande, anivel de estas zonas las aletas son más grandes que las que existen en cualquier otra parte del motor.Un motor refrigerado por aire es siempre más ruidoso que uno refrigerado por agua, ya que lascámaras de agua absorben la mayor parte del ruido del motor.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTA, POR AGUAEs el sistema empleado, de diferentes formas, en larefrigeración de los motores de automóvil.Las paredes de los cilindros y de la cámara de combustión seconstruyen en forma de doble pared. Por el espacio vacío ocámara resultante se hace circular agua que luego pasa por elradiador, en donde la enfría una corriente de aire provocada porun ventilador; obtenido este enfriamiento, vuelve a iniciar sucircuito dirigiéndose de nuevo a los cilindros y cámara decombustión. Figura 7. Figura Nº 7.Refrigeración por circulación forzadaA pesar de haber otros medios de obtener la refrigeración por agua del motor de automóvil, comopuede ser el método de circulación por termosifón, el sistema universalmente adoptado es el derefrigeración por circulación forzada.Este sistema consiste, en síntesis, en ayudar a la circulación, que ya se produciría por la meradiferencia de temperaturas, por mediación de una bomba intercalada en su circuito. Así, de modoesquemático, podemos decir que los elementos básicos para la refrigeración por agua de un motorde automóvil son el radiador y la bomba de agua, además de los tubos de entrada y salida delradiador. Si añadimos la válvula que acciona un termostato situado en el radiador, y que impide lacirculación del agua cuando no ha sufrido calentamiento y se abre cuando la temperatura sube,reanudando su circulación, habremos completado el sistema.Opcionalmente y como medida de vigilancia puede montarse también un termómetro que indica latemperatura del agua en todo momento (bulbo de temperatura); entregando la información al panelde instrumentos.El agua caliente del sistema de refrigeración se utiliza también para proporcionar el sistema decalefacción del automóvil, y alimentarlo (figura 9). Para ello se dispone de una derivación delcircuito de agua de refrigeración, situada entre la salida de los cilindros, la culata y el radiador, queconduce el agua caliente a un pequeño radiador; este, a su vez, calienta una corriente de aire que sehace circular cuando se desea calentar el interior del automóvil.Las partes fundamentales del circuito de refrigeración son: (Figura 8)  Una envoltura que rodea las partes calientes del motor: cilindros, cámaras de combustión y conductos de escape.  Un radiador en el que se refrigera por aire el agua que llega caliente desde el motor.  Un ventilador que impulsa aire hacia el radiador.  Unas tuberías o mangueras en la parte superior e inferior del radiador, que unen éste al motor para formar un circuito cerrado.  Una bomba que fuerza la circulación del agua a través del sistema de refrigeración.  Un tapón con válvula de sobre presión en el radiador para elevar el punto de ebullición del agua, con lo que se evita la formación de bolsas de vapor en las proximidades de las cámaras de combustión. Estas bolsas pueden provocar la aparición de puntos calientes, deformaciones del bloque y de la culata, y agripado de los pistones. Con un tapón de radiador con válvula que mantenga el sistema a 0,5 kg/cm2, el agua no hervirá hasta que llegue a 112 °C a nivel del mar. 5
  6. 6.  Un tapón que mantuviera el sistema a una presión superior, no aumentaría forzosamente el rendimiento del motor. Podría ser perjudicial si el motor y el sistema de refrigeración no han sido diseñados para soportar presiones mayores.  Un termostato colocado a la salida del agua del motor reduce la circulación del agua de refrigeración. Figura Nº 8. Figura Nº 9.Refrigeración de agua por circuito cerrado o selladoPara evitar la evaporación del agua y de los productos anticongelantes que normalmente se leañaden a fin de impedir la congelación, se dispone de circuito totalmente cerrado. Para compensarla sobre presión se monta un recipiente en forma de depósito, cerrado y generalmente transparente,para facilitar su observación, que está en comunicación con el radiador por la parte alta de susumidero a través de un tubo o manguera. En la entrada a dicho depósito o en la salida del radiadorse coloca una válvula de doble efecto, que permite el paso del agua al depósito de expansión cuandoalcanza cierta presión y su retorno al radiador cuando se enfría y disminuye su volumen. 6
  7. 7. De esta forma se elimina la evaporación del agua, y si el circuito no tiene ninguna fuga, permite laadición del líquido anticongelante a reponer cuando lo aconseje el transcurso del tiempo o loskilómetros.Debe observarse a menudo el nivel del líquido en el depósito de expansión, que deberá estar a unnivel intermedio entre las dos rayas que indican los niveles máximo y mínimo. Un descensoanormal señalaría la existencia de una fuga a remediar de inmediato, puesto que no hacerlo podríasuponer un bloqueo o rotura de motor.RadiadorEl radiador es un elemento primordial del sistema de refrigeración. Su misión es enfriar el aguacaliente que recibe, procedente del intercambio de calor producido a su paso por las cámaras derefrigeración de los cilindros y de la cámara de combustión. Para obtener este enfriamiento seprovoca un nuevo intercambio de calor: el calor del líquido del circuito de refrigeración se transmitea los tubos que forman el radiador que, a su vez, son enfriados por el aire impulsado contra elradiador por la marcha del automóvil o por un ventilador.La parte central del radiador está compuesta por una serie de tubitos dispuestos de distintas formasy que ofrecen en conjunto una superficie considerable de contacto con el aire. Por el interior delradiador circula el agua caliente, que una vez enfriada inicia otra vuelta al circuito.En la parte superior se dispone un depósito al que llega el líquido caliente procedente de lascámaras de refrigeración del motor con un orificio que permite su reposición cuando el líquido, porfugas o evaporación, ha bajado de nivel. En la parte inferior hay otro depósito, del cual parte ellíquido enfriado hacia la bomba de agua que lo impulsará hacia el motor. Figura Nº 10. En este depósito inferior se sitúa un grifo o un tapón que permiten su vaciado cuando se precise. (Figura 10) Los radiadores pueden tener diversas formas, aunque las más usuales son los tubos de aletas, el nido de abeja y los tubos planos. Los tubos de aletas tienen un cuerpo central formado por una serie de tubos que van del depósito superior al inferior, atravesando unas planchas finas que hacen las veces de aletas. Los nidos de abeja están formados por tubos cortos yfinos con los extremos ensanchados de forma hexagonal y soldados entre sí, dejando unos canalespor los que circula el agua mientras el aire circula por el interior de los tubos, tomando el conjuntola apariencia de un panal de abejas. (Figura 11) Figura Nº 11. Los tubos planos están formados por cámaras estrechas a base de cintas unidas por sus bordes, dispuestas en zig-zag, para que el agua tenga más recorrido de circulación, discurriendo el aire por los paralelepípedos que forman dos cámaras en su zig-zag. Muchos radiadores llevan en su depósito superior un tubo rebosadero (despiche)por el que se expulsa el agua sobrante cuando alcanza una temperatura muy alta. En los de circuito cerrado el tubo rebosadero se comunica con el vaso de expansión. 7
  8. 8. VentiladorCon el fin de conseguir un volumen de aireadecuado, para la refrigeración del motor delautomóvil, se le dota de un ventilador movido por elmismo motor y que impulsa el aire al radiador,colocándose entre ambos una plancha metálica queactúa de deflector o canalizador de aire, con lo quese obtiene un mayor rendimiento de ventilación.El ventilador, colocado en un eje, en el que nor-malmente se monta también la bomba de agua, llevauna polea trapezoidal que transmite el giro que leproporciona otra polea, situada en el extremoanterior del cigüeñal (damper), a través de unacorrea trapezoidal de caucho (goma).Esta correa es propensa a alargarse y por tanto aaflojarse, por lo que tiene un sistema de tensado enlugar accesible y de fácil maniobrabilidad, paradevolverle la tensión correcta.El funcionamiento del ventilador es mayormentenecesario cuando el vehículo, con el motor enmarcha, no circula o lo hace a pequeñasvelocidades, puesto que entonces el giro delventilador es de muy pocas revoluciones y por tantosuministra poco aire. (Figura 12) Figura Nº 12. No ocurre así cuando el automóvil está en movimiento, ya que además del impacto natural del airesobre el radiador, al girar el ventilador a mayor velocidad suministra un caudal considerable de aire,con lo que se consigue una óptima refrigeración.Para solucionar el déficit de enfriamiento en el funcionamiento del motor con el vehículo detenido oen una marcha lenta, se han proyectado y construido los ventiladores con motor eléctrico propio(electroventiladores).Ventilador con motor eléctricoHoy en día, la mayoría de los automóviles están dotados de ventiladores con motor eléctrico propio.Su uso permite la supresión de la transmisión por poleas, con su punto débil de la correa trapezoidala que nos referíamos en el texto anterior. (Figura 13)En este dispositivo, el ventilador se instala en el mismo eje de un pequeño motor movido por lacorriente del sistema de abastecimiento eléctrico del automóvil; su puesta en marcha y su paradason operadas por un termocontacto (bulbo de temperatura) instalado en la parte inferior del radiadoro culata del motor, el cual proporciona corriente al motor según la temperatura comprendida en unaescala aproximada de entre 85 y 90ºC.Ya hemos indicado lo ventajoso de suutilización, por ser independiente de lavelocidad a que trabaje el motor; ademásfavorece su colocación en los lugaresmás convenientes, de modo que en losmotores transversales o en los situadosen la parte trasera del automóvil, puedenestar en la parte frontal del vehículo, quees su situación idónea. Figura Nº 13. 8
  9. 9. Profesor: Jorge Hernández Valencia.Bombas de aguaLas bombas de agua son un elemento de la refrigeración cuyo cometido es impulsar agua paraestablecer una corriente continua que pasa alternativamente por las zonas de calentamiento y deenfriamiento o refrigeración.Constituida por un plato con aletas inserto dentro de una carcasa y fijado al mismo eje delventilador, excepto si este es accionado por motor eléctrico propio, recibe el agua por el centro. Eleje hace girar el plato de aletas que desplaza centrífugamente el agua hacia la periferia, de dondesale impulsada para iniciar un nuevo circuito. Esta carcasa tiene una forma apropiada para canalizarel agua hacia el bloque (figura 15).En el eje de las bombas debe montarse un dispositivo de cierre hermético en forma de junta oprensaestopas, o por medio de juntas de frotamiento lateral formadas por un anillo de goma y otroanillo de frotamiento de material autolubricante, con un resorte que apriete ambos anillos entre sí yal de frotamiento contra la pared de cierre, girando toda la junta con el eje, evitando que el aguapase a los rodamientos.El eje de la bomba se apoya en rodamientos de bolas de bronce o autolubricantes, teniendo quellevar algún sistema de engrase si se trata de cojinetes de bolas.El agua caliente, al circular en contacto con diferentes metales, producirá oxidaciones y depósitos sino contiene un inhibidor de corrosión.Las diminutas partículas de óxido de hierro y de aluminio corroído se depositarán en las paredes delos conductos del sistema de refrigeración y se formarán depósitos calcáreos debidos a las aguasduras en las zonas calientes del motor.Los depósitos calcáreos pueden quitarse lavando a presión el radiador, el motor y el radiador decalefacción, después de quitar el termostato y las mangueras. Sobre estos efectos la bomba de aguatambién queda afectada. Se debe tener en cuenta que sean los disolventes adecuados para el motor. Figura Nº 14. Figura Nº 15TermostatosCuando el motor se para, y enfría, entonces el aceite de las paredes de los cilindros retorna aldepósito. En el momento en que el motor vuelve a arrancar, se precisa de un tiempo para que elaceite vuelva a circular, por lo que el motor gira sin el suficiente engrase, provocando un desgasterápido del motor. A medida que se calienta, el aceite se hace más fluido y circula a las piezasmóviles. Al trabajar un motor frío, su rendimiento es muy bajo, ya que la gasolina no se evapora losuficiente y la mezcla que llega a los cilindros no es la adecuada para una óptima combustión. Eltermostato es un aparato del sistema de refrigeración, intercalado en él, que corta el paso del agua alradiador cuando el motor está frío. Mientras se mantiene cerrado, el agua vuelve al motor por un«by-pass». Es decir, el radiador no puede disipar el calor que procede del motor. Este calor, alquedar en el motor, hace que éste se caliente más deprisa, reduciendo el tiempo en que el motorfunciona sin adecuado engrase ni adecuada mezcla aire-gasolina. 9
  10. 10. Profesor: Jorge Hernández Valencia.Una vez el motor ha alcanzado su temperatura, el termostato se abre dejando pasar el agua alradiador para qué éste disipe el calor que procede del motor.El sistema de trabajo de todos los tipos de termostatos es similar. Cuando el motor se calienta laválvula empieza a abrirse. Normalmente la apertura de la válvula se realiza a los 86 °C, siendo suabertura máxima a los 98 °C .La mayoría de los termostatos llevan una bola o capsula de parafina que se dilata por el calor. Estadilatación hace que la válvula se abra para que circule el agua al radiador. (Figura 16)Antiguamente se montaban termostatos de fuelle, los cuales tienen un fuelle metálico que estáparcialmente lleno de líquido. Cuando se alcanza la temperatura de funcionamiento, el líquido seevapora haciendo que el fuelle se dilate y levante la válvula. Estos termostatos no se montan en laactualidad. Figura Nº 16. 10

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