Analisi dei movimenti lineari 6-600 cicli/min
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16 October 2007
1
Movimento lineare
30 cicli al minuto
con movimento di 500ms
e pausa di 500msec
15kg
v [m/s]
a [m/s²]
15kg
400mm
Andata
Pausa
400mm
500msec
500msec
Ritorno
Pausa
-400mm
500msec
500msec
2‘000msec
Ciclo totale
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16 October 2007
2
Dimensionamento tramite LinMot Designer
Sequenza di movimento
Posizione
Accelerazione
Frenata
Frenata
Accelerazione
Forza necessaria motore
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3
Movimento lineare ideale: Potenza & Energia
Perdite
Pv = I2*R
Azionamenti con condensatori
Accelerazione
Frenata
Frenata
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Accelerazione
16 October 2007
4
Dimensionamento tramite LinMot Designer
Vmax = 1m/s
Costo Energia:
Potenza media < 100W
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100W x 8‘000h
= 800kWh
800kWh x 0.12 EUR/kWh = 96.- EUR
5
Pneumatica: Potenza, Energia & Perdite
Potenza
Perdite
Potenza
Compressore
Potenza
Movimento
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Perdite
Movimento
16 October 2007
6
Pneumatica: Efficienza energetica
100% Potenza
10% Perdite motore
25% Perdite compressore
20% Perdite di avviamento ed arresto compressore
5% Preparazione dell‘aria compressa
20% Perdite di pressione, valvole di riduzione
5% Perdite per dispersione
5% Perdite di conversione
5% Potenza utile all‘apparato pneumatico
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16 October 2007
7
Dimensionamento cilindro pneumatico
Per spostare di 400mm un carico, in un tempo di
500ms, é necessaria una velocitá di movimento
minima di 1 m/s.
Se il carico ha una massa di 15kg, con una
velocitá di movimento di 1m/s é necessario un
cilindro pneumatico di un diametro minimo di
50mm.
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16 October 2007
8
Calcolo del consumo d‘aria
Consumo d‘aria a 30 cicli/min.
Con cilindro di diametro=50mm, corsa 400mm
per ciclo:
400mm x 0.02529dm3/mm
= 10.12dm3
=10l@ 1 Bar
per minuto:
30 cicli/minuto x 10.12dm3
= 303.36dm3 = 0.303m3
per ora:
0.303m3 x 60 minuti
= 18.18m3
per anno:
18.18m3 x 8‘000h
= 145‘000m3 @ 1 Bar
= 24‘000m3 @ 6 Bar
Quelle: IMI Nogren
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16 October 2007
9
Energia per la produzione di aria compressa
Potenza motore:
Potenza aria:
Energia
per volume:
750kW
125m3/min
7‘500m3/h
1‘250m3/h
@ 1 Bar
@ 1 Bar
@ 6 Bar
750kWh
.
1‘250m3/h @ 6 Bar
= 0.60 kWh/m3 @ 6 Bar
Per la produzione di 1m3 di aria compressa
a 6 Bar un compressore consuma un energia
elettrica di circa 0.60 kWh.
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16 October 2007
10
Aria compressa: Perdite
100% Potenza
10% Perdite motore
Perdite di avviamento ed
arresto:
25% - 35%
25% Perdite compressore
20% Perdite avviamento ed arresto
5% Preparazione dell‘aria compressa
20% Perdite pressione, valvole riduzione
5% Perdite per dispersione
20% Perdite di conversione
5% Potenza utile all‘apparato pneumatico
Profilo del consumo di aria compressa
Perdite di pressione,
valvole di riduzione,
dispersione:
25%
Costo per 1m3
di aria compressa:
0.60kWh/0.75/0.75
= 1.07 kWh
Il consumo di 1m3 di aria compressa a
6 Bar necessita circa 1.07 kWh
di energia elettrica
Potenziale risparmio energetico
Quelle: Atlas Copco
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16 October 2007
11
Costi dell‘energia
EUROSTAT Strompreise
für industrielle
Grossverbraucher
24GWh
GWh
Prezzi dell‘energia
per grandi consumi
industriali 24
0.14
0.13
EU (27 Länder)
0.12
EU (25 Länder)
EUR/KWh .
0.11
EU (15 Länder)
0.1
Deutschland
0.09
Italien
UK
0.08
Slowakei
0.07
Rumänien
0.06
Tschechien
0.05
20
02
s0
1
20
02
s0
2
20
03
s0
1
20
03
s0
2
20
04
s0
1
20
04
s0
2
20
05
s0
1
20
05
s0
2
20
06
s0
1
20
06
s0
2
20
07
s0
1
20
07
s0
2
0.04
Per la produzione di 1m3 di aria compressa a 6 Bar necessita circa 1kWh di energia elettrica.
I produttori di pneumatica prevedono costi di produzione dell‘aria compressa di 0.20 EUR/m 3 @7Bar
Se l‘aria compressa viene acquistata (Air Contracting), i costi ammontano a 0.20-0.35 EUR/m3 @7Bar
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16 October 2007
12
Costi energetici cilindro pneumatico
Consumo d‘aria:
24‘000m3
Consumo d‘energia:
1.07 kWh/m3
Prezzo dell‘energia:
0.12 EUR/kWh
Consumo d‘energia
annuo:
25‘680kWh
Costo annuo
dell‘energia:
3‘081.60 EUR
@ 6 Bar
@ 6 Bar
Il costo dell‘energia per muovere di 400mm
un carico da 15kg a 30 cicli/minuto
ammontano a 3‘080.- EUR all‘anno!!!
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16 October 2007
13
Costi dell‘investimento e d‘esercizio
Cilindro pneumatico (d=50mm, s=400mm)
Investimento
Costo dell‘energia su 12 mesi
170.- EUR
3‘080.- EUR
Costo totale dopo 12 mesi
3‘250.- EUR
Motore lineare LinMot P01-48x240F
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Investimento
Costo dell‘energia su 12 mesi
1‘400.- EUR
100.- EUR
Costo totale dopo 12 mesi
1‘500.- EUR
16 October 2007
14
Return of Investment
Costi dopo 24 mesi:
Pneumatica:
6‘330.- EUR
Motore lineare: 1‘600.- EUR
Risparmio:
4‘730.- EUR
Costi dopo 12 mesi:
Pneumatica:
3‘250.- EUR
Motore lineare: 1‘500.- EUR
Risparmio:
1‘750.- EUR
Costi dopo 5 mesi:
Pneumatica:
1‘440.- EUR
Motore lineare: 1‘440.- EUR
Risparmio:
0.- EUR
Start
5 mesi
12 mesi
12 mesi
Esempio: l‘investimento iniziale é ammortizzato giá dopo 5 mesi!
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16 October 2007
15
Pneumatica: Costi dell‘energia cilindro d=50mm, 0.12 EUR/kWh
Anzahl Zyklen (Doppelhübe)
Frequenz
[Hz]
Takte/min
pro Tag
pro Monat
pro Jahr
Energiekosten in EUR pro Jahr bei Hub in mm
25
50
75
100
150
200
250
300
350
400
500
600
700
0.10
6
8'640
259'200
3'153'600
40
79
119
159
238
317
397
476
555
635
794
952
1'111
0.25
15
21'600
648'000
7'884'000
99
198
298
397
595
794
992
1'190
1'389
1'587
1'984
2'381
2'777
0.50
30
43'200
1'296'000
15'768'000
198
397
595
794
1'190
1'587
1'984
2'381
2'777
3'174
3'968
4'761
5'555
0.75
45
64'800
1'944'000
23'652'000
298
595
893
1'190
1'785
2'381
2'976
3'571
4'166
4'761
5'952
7'142
8'332
1.00
60
86'400
2'592'000
31'536'000
397
794
1'190
1'587
2'381
3'174
3'968
4'761
5'555
6'348
7'935
9'522
11'110
1.50
90
129'600
3'888'000
47'304'000
595
1'190
1'785
2'381
3'571
4'761
5'952
7'142
8'332
9'522
11'903
14'284
16'664
2.00
120
172'800
5'184'000
63'072'000
794
1'587
2'381
3'174
4'761
6'348
7'935
9'522
11'110
12'697
15'871
19'045
22'219
2.50
150
216'000
6'480'000
78'840'000
992
1'984
2'976
3'968
5'952
7'935
9'919
11'903
13'887
15'871
19'839
23'806
27'774
3.00
180
259'200
7'776'000
94'608'000
1'190
2'381
3'571
4'761
7'142
9'522
11'903
14'284
16'664
19'045
23'806
28'567
33'329
3.50
210
302'400
9'072'000
110'376'000
1'389
2'777
4'166
5'555
8'332
11'110
13'887
16'664
19'442
22'219
27'774
33'329
38'883
4.00
240
345'600
10'368'000
126'144'000
1'587
3'174
4'761
6'348
9'522
12'697
15'871
19'045
22'219
25'393
31'742
38'090
44'438
4.50
270
388'800
11'664'000
141'912'000
1'785
3'571
5'356
7'142
10'713
14'284
17'855
21'426
24'997
28'567
35'709
42'851
49'993
5.00
300
432'000
12'960'000
157'680'000
1'984
3'968
5'952
7'935
11'903
15'871
19'839
23'806
27'774
31'742
39'677
47'612
55'548
5.50
330
475'200
14'256'000
173'448'000
2'182
4'364
6'547
8'729
13'093
17'458
21'822
26'187
30'551
34'916
43'645
52'374
61'103
6.00
360
518'400
15'552'000
189'216'000
2'381
4'761
7'142
9'522
14'284
19'045
23'806
28'567
33'329
38'090
47'612
57'135
66'657
6.50
390
561'600
16'848'000
204'984'000
2'579
5'158
7'737
10'316
15'474
20'632
25'790
30'948
36'106
41'264
51'580
61'896
72'212
7.00
420
604'800
18'144'000
220'752'000
2'777
5'555
8'332
11'110
16'664
22'219
27'774
33'329
38'883
44'438
55'548
66'657
77'767
7.50
450
648'000
19'440'000
236'520'000
2'976
5'952
8'927
11'903
17'855
23'806
29'758
35'709
41'661
47'612
59'516
71'419
83'322
8.00
480
691'200
20'736'000
252'288'000
3'174
6'348
9'522
12'697
19'045
25'393
31'742
38'090
44'438
50'787
63'483
76'180
88'877
8.50
510
734'400
22'032'000
268'056'000
3'373
6'745
10'118
13'490
20'235
26'980
33'725
40'471
47'216
53'961
67'451
80'941
94'431
9.00
540
777'600
23'328'000
283'824'000
3'571
7'142
10'713
14'284
21'426
28'567
35'709
42'851
49'993
57'135
71'419
85'702
99'986
9.50
570
820'800
24'624'000
299'592'000
3'769
7'539
11'308
15'077
22'616
30'155
37'693
45'232
52'770
60'309
75'386
90'464
105'541
10.00
600
864'000
25'920'000
315'360'000
3'968
7'935
11'903
15'871
23'806
31'742
39'677
47'612
55'548
63'483
79'354
95'225
111'096
12.00
720
1'036'800
31'104'000
378'432'000
4'761
9'522
14'284
19'045
28'567
38'090
47'612
57'135
66'657
76'180
95'225
114'270
133'315
25 Mio Zyklen
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Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
16 October 2007
16
Pneumatica: Costi dell‘energia cilindro d=50mm, 0.20 EUR/m3@6Bar
Anzahl Zyklen (Doppelhübe)
Frequenz
[Hz]
Takte/min
pro Tag
pro Monat
259'200
pro Jahr
Energiekosten in EUR pro Jahr bei Hub in mm
25
50
75
100
150
200
250
300
350
400
500
600
700
3'153'600
61
122
183
244
366
488
610
732
855
977
1'221
1'465
1'709
4'273
0.10
6
8'640
0.25
15
21'600
648'000
7'884'000
153
305
458
610
916
1'221
1'526
1'831
2'136
2'442
3'052
3'662
0.50
30
43'200
1'296'000
15'768'000
305
610
916
1'221
1'831
2'442
3'052
3'662
4'273
4'883
6'104
7'325
8'546
0.75
45
64'800
1'944'000
23'652'000
458
916
1'373
1'831
2'747
3'662
4'578
5'494
6'409
7'325
9'156
10'987
12'819
1.00
60
86'400
2'592'000
31'536'000
610
1'221
1'831
2'442
3'662
4'883
6'104
7'325
8'546
9'767
12'208
14'650
17'092
1.50
90
129'600
3'888'000
47'304'000
916
1'831
2'747
3'662
5'494
7'325
9'156
10'987
12'819
14'650
18'312
21'975
25'637
2.00
120
172'800
5'184'000
63'072'000
1'221
2'442
3'662
4'883
7'325
9'767
12'208
14'650
17'092
19'533
24'417
29'300
34'183
2.50
150
216'000
6'480'000
78'840'000
1'526
3'052
4'578
6'104
9'156
12'208
15'260
18'312
21'365
24'417
30'521
36'625
42'729
3.00
180
259'200
7'776'000
94'608'000
1'831
3'662
5'494
7'325
10'987
14'650
18'312
21'975
25'637
29'300
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25 Mio Zyklen
LinMot® 2007 LinMot Presentation.ppt
Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
16 October 2007
17
Pneumatica: Costi dell‘energia cilindro d=32mm, 0.12 EUR/kWh
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Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
16 October 2007
18
Pneumatica: Costi dell‘energia cilindro d=32mm, 0.20 EUR/m3@6Bar
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25 Mio Zyklen
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Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
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Pneumatica: costi dell‘energia
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Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
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Pneumatica: Costi dell‘energia cilindro d=20mm, 0.20 EUR/m3@6Bar
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390
561'600
16'848'000
204'984'000
635
1'270
1'904
2'539
3'809
5'079
6'348
7'618
8'888
10'157
12'697
15'236
17'775
7.00
420
604'800
18'144'000
220'752'000
684
1'367
2'051
2'735
4'102
5'469
6'837
8'204
9'571
10'939
13'673
16'408
19'143
7.50
450
648'000
19'440'000
236'520'000
732
1'465
2'197
2'930
4'395
5'860
7'325
8'790
10'255
11'720
14'650
17'580
20'510
8.00
480
691'200
20'736'000
252'288'000
781
1'563
2'344
3'125
4'688
6'251
7'813
9'376
10'939
12'501
15'627
18'752
21'877
8.50
510
734'400
22'032'000
268'056'000
830
1'660
2'490
3'321
4'981
6'641
8'302
9'962
11'622
13'283
16'603
19'924
23'245
9.00
540
777'600
23'328'000
283'824'000
879
1'758
2'637
3'516
5'274
7'032
8'790
10'548
12'306
14'064
17'580
21'096
24'612
9.50
570
820'800
24'624'000
299'592'000
928
1'856
2'783
3'711
5'567
7'423
9'278
11'134
12'990
14'845
18'557
22'268
25'979
10.00
600
864'000
25'920'000
315'360'000
977
1'953
2'930
3'907
5'860
7'813
9'767
11'720
13'673
15'627
19'533
23'440
27'347
12.00
720
1'036'800
31'104'000
378'432'000
1'172
2'344
3'516
4'688
7'032
9'376
11'720
14'064
16'408
18'752
23'440
28'128
32'816
25 Mio Zyklen
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Mehrkosten amortisiert nach max. 12 Monaten (8'000 Betriebstunden/Jahr)
16 October 2007
21
Ulteriori vantaggi
Ciclo di vita
Dinamica
Flessibilitá
Stabilitá di prestazioni
Installazione & messa in servizio
Nessuna perdita
Preparato al futuro
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16 October 2007
22
Costi totali
Investimento:
10 - 15%
Costi di manutenzione: 10 - 15%
Costi dell‘energia:
70 - 80%
Costi totali:
3‘080.- EUR / 0.80
Quelle: www.druckluft.ch
3‘850.- EUR
I costi totali annui, comprensivi di
investimento e costi di manutenzione,
ammontano a 3‘850.- EURO.
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16 October 2007
23
Ciclo di vita
LinMot:
Pneumatica:
35.0
12.0
30.0
Air Cylinder 10 Mio.
10.0
LinMot 500 Mio.
LinMot 1'000 Mio.
Air Cylinder 20 Mio.
25.0
Anni S
YEARS
Mesi
MONTHS
8.0
6.0
20.0
15.0
4.0
10.0
2.0
5.0
0.0
0.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
Cycles
Second
Cicli alper
secondo
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2
3
4
5
6
7
8
9
10
Cycles
per
Second
Cicli al
secondo
16 October 2007
24
Asse LinMot: visione di sistema
Componenti
1 x Azionamento
1 x Cavo motore 4m
1 x Motore lineare
B1100-PP
K05-D/D-4
P01-23x160/130x270
Altri accessori:
Alimentatore
Meno componenti portano a minori costi di installazione e logistica
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16 October 2007
25
Asse pneumatico: visione di sistema
Componenti
1 x ISO-Cilindro
*
1 x Valvola magnetica
*
2 x Interruttori di fine corsa
2 x Materiale di montaggio
2 x Valvole di riduzione
2 x Chiusure a vite
2 x Silenziatori
2 x 4m tubo pneumatico
2 x ammortizzatori
*
Altri accessori: compressore, oliatore, regolatore di pressione, filtro, Softstart (unità manutenzione) *Ciclo di vita 10-25 Mio. Cicli
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16 October 2007
26
Pneumatica: Perdite di dispersione
Diametro foro
in mm
Flusso di dispersione a
7 Bar in l/s
Costi energia
in EUR
1
1.2
480.-
2
5.0
2‘160.-
3
11.2
4‘800.-
4
19.8
8‘400.-
6
44.6
18‘690.-
10
124.0
52‘800.Quelle: Atlas Copco
Condizioni di riferimento: 7 bar; costo energia 0,12 Euro/kWh, 8.000 ore di funzionamento
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16 October 2007
27
Regolazione precisa della forza
Regolazione di forza fino a risoluzioni di 0.1N.
Anello di regolazione chiuso tramite sensori di forza.
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16 October 2007
28
Dinamica: Margine con il motore lineare
400mm in 270msec
Vmax = 2.33m/s
Potenza media < 200W
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16 October 2007
Costo dell‘energia:
200W x 8‘000h
= 1‘600kWh
1‘600kWh x 0.12 EUR = 192.- EUR
29
Flessibilitá, stabilitá del processo, affidabilità
Pneumatica: - ammortizzatore di fine corsa pneum. (1)
- cilindro standard
(2)
Motori lineari LinMot: Accelerazione, Velocità,
Posizione e Forza programmabili liberamente
Profili di movimento precisi e controllati su tutto il ciclo di vita
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16 October 2007
30
Costo dell‘energia 2009
EUROSTAT Strompreise
für industrielle
24GWh
GWh
Prezzi dell‘energia
per grandiGrossverbraucher
consumi industriali 20
0.18
0.16
EU (27 Länder)
EUR/KWh .
0.14
EU (25 Länder)
EU (15 Länder)
Deutschland
Italien
UK
Slowakei
Rumänien
Tschechien
0.12
0.1
0.08
0.06
s0
2
09
s0
1
20
09
s0
2
20
08
s0
1
20
08
s0
2
20
07
s0
1
20
07
s0
2
20
06
s0
1
20
06
s0
2
20
05
s0
1
20
05
s0
2
20
04
s0
1
20
04
s0
2
20
03
s0
1
20
03
s0
2
20
02
20
20
02
s0
1
0.04
Dall‘inizio del 2007 il costo dell‘energia elettrica è salto del 33% in 2 anni!
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16 October 2007
31
Investimenti e costi di esercizio futuri...?
ISO/VDMA – Cilindro
2004
2007
2010
Investimento
170.Costo dell‘energia su 12 mesi 2‘200.-
170.3‘080.-
170.4‘300.-
2‘370.-
3‘250.-
4‘470.-
TCO dopo 12 mesi
Motori lineari LinMot
2004
2007
2010
Investimento
1‘400.Costo dell‘energia su 12 mesi
70.-
1‘400.100.-
1‘400.140.-
1‘470.-
1‘500.-
1‘540.-
TCO dopo 12 mesi
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16 October 2007
32
Prospettive future
Il valore di 0.60 kWh/m3 @ 6 Bar
corrisponde a 6kW/(m3/min) @ 1 Bar
ed è un buon valore (Limite fisico giallo)
Quelle: Bundesamt für Energie
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16 October 2007
33
Emissione di anitride carbonica
Quelle: Fraunhofer Institut (D)
Emissione di anitride carbonica: 25‘000kWh * 500...890g/kWh
12,5...22,25 Tonnellate di CO2 all‘anno!!!
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16 October 2007
34
Emissione di anitride carbonica
Fai funzionare il tuo cilindro per un anno...
...o viaggia n volte intorno al mondo...
3.3 - 6 volte!!!
0.6 ... 1 volte!
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16 October 2007
35
Smart solutions are…
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16 October 2007
36