Cisternas Residenciais: Aplicação de
Tecnologia na Coleta de Água da Chuva
Design
e
Residential cisterns: design and technology applied to collect rainwater
Perizzollo, Guilherme Viecelli; Graduação; Universidade de Caxias do Sul
[email protected]
Resumo
A água, como muitos dos recursos da terra, é escassa e seu uso compreende tanto sua
utilização racional quanto preservação, conservação da qualidade e quantidade desta. A Lei
Brasileira n° 9.433/1997 define que a água é um bem de domino público que constitui um
recurso natural limitado e dotado de valor econômico.
O objetivo deste estudo baseia-se na criação de um sistema de armazenamento de
águas pluviais para residências em construção ou já construídas em território Brasileiro, tanto
em zonas urbana ou rural, por meio de um projeto que seja eficiente para o uso doméstico.
Através dos dados obtidos na pesquisa de autores e publicações sobre valor da água,
sua utilização e reutilização, foi possível desenvolver um projeto inovador, de cunho social e
acima de tudo educacional para a população.
Palavras Chave: Água; Cisternas; Reaproveitamento; Design e Sustentabilidade.
Abstract
Water, like many other Earth's resources, is scarce and implies rational use as well as
its preservation and conservation of both quality and quantity. The Brazilian Law 9.433/1997
defines water as public good which is a limited natural resource with economic value.
This study is based on the creation of a rainwater harvesting and storage system for
residences under construction or already built in Brazilian territory both urban and rural
areas, for efficient domestic use.
From data obtained through research of authors and publications concerning the
value, use and reuse of water it was possible to develop this innovative project of social and
above all educational nature for our population.
Keywords: Water; Cistern; Reuse; Design and Sustainability
Cisternas Residenciais: Aplicação de Design e Tecnologia na Coleta de Água da Chuva
Introdução
Tomaz (2001) afirma que o Brasil detém cerca de 12% de toda a água potável do
mundo, onde 68% dos recursos hídricos estão situados na região Norte, enquanto o Nordeste
apresenta 3,3%, Sudeste 6,0%, Sul 6,5% e Centro-Oeste 15,7%.
Porém, ao realizar uma confrontação destes números com dados populacionais, podese dizer que o Brasil tem muita água em relação a outros países, porém, está mal distribuída,
não por fatores naturais e geográficos, mas por fatores demográficos. Logo, onde existe muita
água, existe pouca população e onde existe muita população existe pouca água (Tomaz,
2001).
Grandes cidades e centros urbanos possuem uma demanda gigantesca por água que, na
maior parte dos casos, é proveniente de grandes reservatórios situados aos redores destas ou
até mesmo a milhares de quilômetros, interligados por complexos sistemas de tubulações.
Hoje, o cálculo de consumo médio de água em uma família de 4 pessoas, é de 200
litros por dia (Fendrich; Oliynik , 2002). Grande parte desta água é utilizada em descargas
sanitárias, chuveiros, torneiras de pias do banheiro e de cozinha, sendo que a destinação final
desta água na maioria dos casos é o esgoto sanitário. Ou seja, o desperdício de água potável,
destinada a todo o uso - inclusive o consumo humano - é grande, onde outro tipo de água, de
qualidade inferior, não própria para o consumo humano, poderia ser utilizada.
Águas pluviais
Compreende-se por águas pluviais as águas das chuvas, que tem seu cálculo de
precipitação medido em milímetros
Sua utilização vem de tempos remotos, dos quais podemos citar até mesmo a antiga
cidade de Constantinopla, atual Istambul, na Turquia, onde durante o período bizantino foram
construídos mais de 60 sistemas de cisternas.
Segundo Fendrich e Oliynik (2002), a maioria dos reservatórios residenciais podem
ser encontrados em áreas externas, tais como sacadas, terraços, pisos térreos e ao redor da sua
área de coleta, como telhados e grandes lajes de concreto. Muitos destes também podem ser
subterrâneos, geralmente instalados debaixo das calçadas, garagens, terraços do 1° piso de
edifícios ou sobre os pátios de entrada.
Justificativa
Em alternativa ao desperdício de água potável em residências, o uso de cisternas é
uma das melhores opções a se adotar, pois fontes de águas subterrâneas ou de represadas são
classificadas como recursos finitos, onde seus maiores usuários estão sujeitos a racionamentos
ou até mesmo não poder dispor destes recursos hídricos por certo período de tempo em
determinadas situações, tais como secas ou estiagens. Segundo Manzini (2005, pág. 235)
“Cada ação humana determina uma absorção/aquisição de recursos do ambiente. Sejam
extrações ou emissões, estas são formas de impacto ambiental.”.
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Problematização
Muitos dos projetos de cisternas que podem ser encontrados no mercado nacional
foram desenvolvidos apenas utilizando conceitos de engenharia, porém pode-se observar que
nenhum conceito de design tem sido aplicado. Quanto as suas funcionalidades, podem ser
consideradas de todo satisfatórias, porém, métodos de instalação e aplicação são complexos e
custosos. A intenção deste estudo está em se utilizar de conceitos de design aplicado à
tecnologia para se obter um produto de concepção e aplicações práticas, que possam ser de
fácil manuseio para o usuário, tanto para limpeza quanto manutenção.
Porém, é fato de que em nosso país não existe um padrão de construção residencial
bem como de área de terreno residual. Sendo assim, muitas residências possuem limitações
como falta de área suficiente no telhado para a captação de água, falta de calhas de telhado
apropriadas ou ate mesmo falta de espaço para a instalação de um sistema de armazenamento.
Estes fatores devem ser levados em consideração, pois incidem diretamente na
viabilidade do projeto, mas não devem ser implicantes na possibilidade de implantação de
uma cisterna, tornando necessário encontrar uma maneira para a instalação em diversas
residências, independente de diferenças dimensionais ou estruturais.
Segundo Tomaz (2001), é muito importante citar que as águas pluviais iniciais ou
provenientes dos primeiros instantes de chuva são pobres e de pouca qualidade, por conter
pouca quantidade de oxigênio e muitos poluentes do ar, como fuligem, devendo ser
descartadas, não entrando em contato com o restante da águas já armazenadas, excluindo
qualquer chance de contaminação. Estas podem ser mandadas direto para o solo, dando início
ao processo natural de infiltração eficiente, servindo para recarregar os aqüíferos subterrâneos
As águas das chuvas são absolutamente desaconselhadas para consumo humano, a não
ser que esta seja submetida a um processo de purificação específico e custoso, alem de
arriscado.
Conceito
Compreende-se por cisterna um sistema de captação de água da chuva ou águas
pluviais, que tem por objetivo suprir residências, comércios ou indústrias com água, geradas
através de um sistema sustentável e econômico de baixo custo que pode ser instalado de
inúmeras maneiras, de acordo com cada aplicação (Fendrich; Oliynik , 2002).
Definição e Finalidades
Os reservatórios são unidades hidráulicas de acumulação e passagem de água situada
em pontos estratégicos de um determinado local, garantindo a quantidade de água com vazão
constante. Os tipos mais comuns de reservatórios são os semi-enterrados e os elevados. No
entanto, a preferência é pelo semi-apoiado diretamente sobre o solo, considerando problemas
construtivos, de escavação, de empuxos e de elevação.
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Figura 1: Sistemas de cisternas enterradas, semi-enterradas e stand pipe.
Fonte: Google images
Norma ABNT NBR 15527 1
A norma ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR (Norma Brasileira) 15527,
válida a partir de 24.10.2007, diz que água de chuva, aproveitada de coberturas em áreas
urbanas para fins não potáveis, deve ser utilizada para fins de descargas e bacias sanitárias,
irrigação de gramados, plantas ornamentais, lavagem de veículos, limpeza de calçadas, ruas e
pátios, espelhos d’água e até mesmo usos industriais. Sendo assim, todos os projetos no Brasil
que tenham como escopo o aproveitamento de água de chuva de coberturas em áreas urbanas
para fins não potáveis, deverão seguir suas recomendações técnicas. A importância desta
norma para os profissionais da área de construção se traduz na certeza de estar utilizando uma
ferramenta capaz de garantir um projeto com conotação de responsabilidade técnica de
medidas não convencionais de conservação de água, acompanhando uma tendência global de
cunho social, econômico e ambiental.
Devem constar no projeto extravasor, dispositivo de esgotamento (pode este ser por
meios gravitacionais ou bombeados mecanicamente) cobertura, inspeção, ventilação e
segurança. É obrigatório que os pontos de consumo de água, tais como, uma torneira de
jardim, devem estar identificados com placas de advertência com a seguinte inscrição: “água
não potável”. Tubulações e componentes dos sistemas de cisterna devem ser claramente
diferenciados das tubulações de água potável.
Levantamento de dados
No Brasil, desde 2003, o programa “Cisternas” do Governo Federal, apóia e financia a
construção de cisternas de placas de concreto no semi-árido Brasileiro. A cisterna popular,
como é chamada, capta água da chuva e garante o acesso a uma estrutura simples e eficiente.
Não existem dados relevantes quanto à construção e mapeamento de cisternas
existentes em áreas urbanas, porém, sabe-se que o tema de captação de água das chuvas não é
difundido e não há grande preocupação com preservação e economia de água. Sabe-se apenas
que existem diversos sistemas de captação construídos ao redor do País. Muitos destes foram
feitos de forma artesanal ou adaptados em sistemas de reservatórios de água potável, o que
pode ser perigoso, pois compromete toda a qualidade da água já contida.
1
Fonte: CREA – Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura de Caxias do Sul/RS
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Requisitos
Para melhor aproveitamento e usabilidade do sistema, a capacidade do reservatório
deve obedecer a quantidade mínima de 300 litros, não incluindo canos e tubulações e deve ser
feito de material atóxico e anti – UV, para uma melhor conservação da água em seu interior.
Deve possuir cores claras, que possam ser facilmente combinadas com qualquer residência e
melhor repelir o calor sob sol. Deve conter um dispositivo de dispersão de chuvas iniciais,
sifão (para decantação de resíduos), ladrão (para retirada do excesso), filtro de carvão e de
peneira de tela, situados nas entradas das calhas e entrada do reservatório bem como uma
tampa de reservatório que seja eficiente na vedação e prática para facilitar a limpeza e
manutenção. Este sistema deve ser vedado para evitar a entrada de insetos e roedores que
podem contaminar a água armazenada.
Restrições
Dentre as inúmeras restrições deste projeto, muitas delas só poderão aparecer quando
for dado início a instalação do sistema, pois serão restrições físicas e econômicas. Segundo
Fendrich; Oliynik (2002), o reservatório não deve ser instalado diretamente sobre o solo, mas
sobre seus suportes e cavaletes, não devendo estar junto à parede da residência, pois pode
danificar a estrutura da casa. A entrada de água do reservatório não deve estar no mesmo
plano ou altura das calhas da água da residência, mas abaixo desta.
Mapa Cerebral
Este é um método de estudo desenvolvido por Hanri de la Harpe, que consiste em
reunir evidências estratégicas na busca do processo criativo de um projeto.
Figura 2: Mapa Cerebral para definição de conceitos
Fonte: Elaborado pelo autor, com referências nos métodos de Hanri de La Harpe, em Creative Intelligence.
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Situação Atual e Situação Pretendida
Como base no atual do mercado de cisternas, pode-se dizer que todas são de
fato funcionais, garantindo a durabilidade e credibilidade de seus sistemas, podendo ser
aterradas ou não.
Porém, todas possuem pontos em comum: não são fáceis de ser instaladas, não
possuem nenhum estudo de forma e ocupam muito espaço útil no local da instalação.
Este estudo busca desenvolver um sistema de cisternas que seja de fácil
instalação e utilização, que possua um formato funcional, bem dimensionado, com
capacidade de armazenagem de acordo com a demanda exigida, podendo se tornar um
elemento integrante da residência, onde quer esteja instalado.
Design e Tecnologia
A tarefa essencial do design consiste em transformar o meio de vida e os utensílios
da humanidade que, intrigada em modificar seu ambiente e a si mesmo para seu
melhor bem estar, utiliza-se de ciência e tecnologia na produção em massa.
(PAPANEK, 1977, pág.36)
Para se obter a eficiência de um projeto, parte-se do seguinte princípio: como
aperfeiçoar a produção de produtos e serviços já existentes? Isto é, o debate entra na eficácia
técnica dos processos atuais. Como inovar em tecnologia para reduzir o consumo de recursos
ambientais? Estas e outras questões podem ser abordadas pelo design. Ao confrontar a
possibilidade do uso coletivo ou compartilhado de um produto, como por exemplo, o uso de
um sistema de cisternas por uma família em uma residência, indiretamente é gerada uma
otimização de recursos e redução de desperdícios, além de que, segundo Manzini (2005, pág.
135) “produtos de uso coletivo, aliás, podem ser mais facilmente dotados de níveis
tecnológicos superiores em termos de eficiência (no consumo de recursos) durante o uso.”
Mais que isto, produtos de uso coletivo são mais eficazes, pois servem para mais de uma
pessoa ao mesmo tempo, onde menos produtos são necessários em um determinado momento
e em um determinado local. Se compartilhados, os equipamentos podem durar muito mais
tempo e, mediante boa instrução, todos serão responsáveis e cuidadosos quanto à conservação
e manutenção destes.
Portanto, é de fundamental importância conceber um produto que seja durável quando
exerce sua determinada função pois, se um produto tem pouca durabilidade, este não só gera
maior quantidade de lixo, mas um maior consumo de recursos naturais no equipamento
substituto. Sabe-se que a tecnologia, ao ser desenvolvida em um novo produto, não só pode
mudar o contexto ambiental em que este está inserido, bem como pode mudar a mentalidade
de seus usuários, a ponto de mostrar novas perspectivas de qualidade de vida e meios de
preservação dos recursos naturais.
Materiais a serem utilizados
O material escolhido foi o PE, ou Polietileno, levando-se em conta as propriedades de
resistência e durabilidade deste material quando exposto ao tempo e possíveis choques. Este
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material é versátil, pode ser quase transparente ou translúcido, rígido ou flexível, natural ou
pigmentado, facilmente processado e reprocessado, não tóxico e economicamente acessível.
A especificação do material utilizado na concepção do reservatório é poliétileno
de alta densidade (PEAD) estabilizado anti-UV e estabilizador Antioxidante. Estima –se que a
durabilidade do produto final seja de 7 á 10 anos, de acordo com as variações climáticas.
Os pedestais ou suportes do reservatório serão também de PEAD injetado e termo
moldado, presos ao chão por trilhos de alumínio Naval 5052-F, parafusados na superfície de
concreto ou formação de paralelepípedos. Os suportes serão ligados ao reservatório por meio
de eixos injetados no próprio, que permitiram a este girar 90° para frente, garantindo um
ótimo aceso a sua parte interna.
A tampa superior será também de PEAD, com sistema de rosca direita para fechar e
esquerda para abrir, sendo totalmente removível.
Demais componentes e acabamentos do sistema (encaixes e conexões) serão de
alumínio Naval 5052-F.
Processo de fabricação
Serão cisternas mono-bloco, injetadas e moldadas por rotação (sem colagem nem
soldas no reservatório), em polietileno de alta densidade (PEAD) estabilizado anti-UV, já na
coloração pretendida.
Dispositivos
Os dispositivos componentes deste sistema de cisterna serão: Reservatório (espaço da
armazenagem de água), suportes (sustentações do reservatório no solo), apoios e alças
(para eventual transporte do reservatório), tampa (abertura para verificação,
manutenção e limpeza), ladrão (dispositivo de eliminação de chuvas iniciais e de
excesso de água, encaminhada a galeria de águas pluviais local), sifão, peneiras e
filtros (dispositivos responsáveis por eliminar sujeiras e dejetos não desejados no
interior do reservatório), dutos e calhas (sistemas de condução de água do telhado para
o reservatório), displays e medidores (os displays funcionam com energia provida de
pequenos painéis solares individuais e recebem informações via telemetria 2 da central
de medição, que esta posicionada no interior da cisterna. O marcador reconhecerá a
quantidade de água gasta e fará uma leitura, transmitindo para o display a quantidade de água
utilizada, mostrando para o usuário a quantidade não gasta de água da rede pública, pois dá a
entender que a pessoa economizou aquela quantidade de litros).
2
Telemetria: Transferência (via rede fixa ou sem fio) e utilização de dados provindos de
múltiplas máquinas remotas, distribuídas em uma área geográfica de forma pré-determinada.
Uma suíte operacional transfere e utiliza dados provindos de equipamentos remotos para o
monitoramento, medição e controle dos mesmos. Fonte: Site www.vivaolinux.com.br.
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*Nota: a: reservatório, b:ladrão e dispensador de chuvas iniciais, c: área de coleta (telhado) e calhas,
d:conexões e tubulação de entrada, e: tubulação de abastecimento interna, f: suporte e g: tubulação de
abastecimento externa.
Figura 3: Sistema de Cisterna e seus componentes básicos
Fonte: Elaborado pelo autor
*Nota: a: reservatório, b: ladrão, filtro e dispensador de águas iniciais, c: entrada da água da chuva, d:
tubo do de saída para galerias de águas publicas, e:sifão e filtro de carvão, f: saída de abastecimento
para a residência e g; suportes.
Figura 4: Sistema do reservatório
Fonte: Elaborado pelo autor
Funcionamento da cisterna – O caminho da água
A chuva cai no telhado, acumulando água, tornando-se corrente em direção as
calhas, situadas nas extremidades inferiores do telhado. A água passa a fluir na calha,
em direção a saída para as conexões, passando por um filtro de tela, responsável por
reter folhas de árvores e pequenos galhos. Percorre o interior das tubulações de
conexão ao reservatório, passando pela seleção do dispensador de chuvas iniciais. A
seguir, inicia a coleta e armazenamento, onde a água é direcionada para o filtro de
carvão para uma melhor purificação, e finalmente, está pronta para ser armazenada.
Na parte inferior do reservatório, juntamente a saída da água, está situada o
sifão da cisterna, responsável pela decantação e retenção de grãos e impurezas,
permitindo que a água saia pura e limpa para os locais de abastecimento da residência.
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Importante ressaltar mais uma vez que a água do reservatório não é potável em
nenhuma hipótese. Dentro do reservatório, situa-se a central eletrônica de medição,
abastecida por energia que provem de um painel solar situado no telhado da residência.
Esta central transmite informações relevantes ao consumo de água para todos os
displays instalados na casa.
Painéis de referências
Cisternas e reservatórios
Figura 5: Cisternas e Reservatórios
Pictogramas
Pictogramas são uma ótima alternativa para uma instrução visual clara e precisa,
sem a necessidade de utilizar palavras ou frases. Muitas vezes, o uso de palavras e
instruções em placas ou indicações podem ser mal interpretados e ganhar outras
conotações dependendo de quem os lê, ainda mais se precedidas da palavra “não”.
O uso de tal recurso neste projeto pode ser visualmente atrativo, instrutivo, e
claramente compreendido pelos usuários.
Figura 6: Pictogramas alusivos a água e reutilização
Fonte: Elaborado pelo autor
Cores
Com base no conceito de universalidade deste projeto, as cores devem ser
neutras e ao mesmo tempo buscar sobriedade e contemporaneidade. O produto final
estará disponível nas cores Candid Blue (SW6953), Sole Yellow (SW6896) e Íbis
White (SW7000), de acordo com catálogo da Sherwin Whilliams do Brasil sendo seu
processo de coloração já inserido durante a injeção do PEAD no molde.
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Figura 7: Cores do catálogo da Sherwin Williams do Brasil
Fonte: Sherwin Willians do Brasil
Alternativas de reservatórios
Um dos grandes desafios no desenvolvimento da forma do reservatório em si é
que, todos sem exceção, ocupam grande espaço útil de uma determinada área, o que
também pode ser considerado como um fator decisivo na hora da compra.
Figura 8: Geração de alternativas de reservatórios
Fonte: Elaborado pelo autor
Alternativas de displays e mostradores
São absolutamente necessários para controle e verificação, devem ser claros e
precisos. Neste caso, o display deve conter funções como indicar de limite máximo de
capacidade, limite mínimo de capacidade, capacidade atual, totalizador de litros
utilizados e função “reset” (zerar contador de litros). O formato destes mostradores
deve ser propício para a adaptação dos micro-painéis solares (responsáveis por sua
alimentação energética) e ergonômico (para facilitar sua leitura).
Figura 9: Geração de alternativas de displays e mostradores
Fonte: Elaborado pelo autor
Conceito e forma
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Figura 10: Ânforas Gregas e Romanas
Fonte: Google Images
Ânforas são vasos antigos de origem grega, em geral de formato ovóide e dotadas de
duas alças laterais, confeccionados em barro ou terracota, com duas asas simétricas,
geralmente terminadas em sua parte inferior por uma ponta ou um pé estreito, e que servia
sobre tudo para o transporte de água, líquidos diversos e especiarias.
Justificativa da forma
Retomando ao conceito, buscando uma forma de enaltecer a presença e o
armazenamento de água como riqueza natural, nada melhor do que armazená-la em envases
cuja forma remete a um passado onde, tantos produtos preciosos foram zelados e
acondicionados, e assim, faz-se por merecido seu posto de recurso natural inestimável.
Além disto, seu formato em “cunha” é hidrodinâmico, pois a maioria da água
armazenada está concentrada na parte superior do reservatório, fazendo pressão na parte de
baixo, de área menor. Desta maneira, dependendo do local onde este sistema for instalado e
sua destinação, pode ser dispensado uso de uma bomba elétrica, pois existe a obtenção de
pressão suficiente na saída da água.
Alternativas finais
Alternativas finais para o reservatório e suportes
Figura 11: Esboço final, demonstrando sistemas de encaixe e desencaixe de suas conexões.
Fonte: Elaborado pelo autor
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Figura 12: Alternativas para suporte em simulação, demonstrando diferentes tipos de apoios.
Fonte: Elaborado pelo autor
A escolha de seu formato cilíndrico facilita a disposição dos painéis solares ao seu
redor, contribuindo para que, no local de instalação possa ser captada luminosidade suficiente
de todo o aposento.
Seu fundo chato permite que possa ser facilmente afixado as superfícies por meio de
fita dupla face, sem serem necessários parafusos ou pregos.
Figura 13: Display com indicadores de nível e função reset, painéis solares laterais e fita dupla face para fixação
horizontal ou vertical.
Fonte: Elaborado pelo autor
Alternativa final para pictograma
Figura 14: Pictograma que indica reuso e novo ciclo da água, inserido em forma circular Fonte: Elaborado pelo
autor
Alternativa final em vistas
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Conclusão
Os recursos hídricos ao redor do mundo eram abundantes e baratos, porem a
possibilidade de voltar a ser como antes é remota. Com a expansão urbana, a demanda pelo
consumo de água potável cresceu exponencialmente e de maneira drástica, de modo que a
obtenção por novas fontes de água e a construção de novos reservatórios tem se tornado o
grande objetivo da maioria dos governos ao redor do planeta.
Nunca os reservatórios de água tiveram tanta importância na construção civil, não só
considerando a saúde familiar ou pública, mas também no que diz respeito à construção
sustentável, como uma solução que envolve o meio ambiente e saneamento básico.
Economizar a água tratada é - sob aspectos ecológicos e econômicos - uma medida
necessária e útil. Está provado que para muitos fins, não há necessidade de se utilizar água de
primeira qualidade. A captação e armazenamento de água da chuva surgem também como
uma importante opção para auxiliar no atendimento da demanda de água residencial nos
períodos de estiagem, quando é comum a diminuição e vazão das fontes.
O objeto deste estudo pode ser aplicado tanto em residências em fase de construção
quanto em residências já construídas. Por fim, todos estes motivos citados neste estudo
mostram que a escassez de água no planeta e a grande preocupação em armazená-la tornam as
cisternas uma forte aliada no combate ao desperdício de água.
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