BRPI0706969A2 - processo para predizer a possibilidade de parada completa de uma aeronave, sistema para execução do processo e aeronave - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA PREDIZER A POSSIBILIDADE DE PARADA COMPLETA DE UMA AERONAVE, SISTEMA PARA EXECUçAO DOPROCESSO E AERONAVE. Processo e sistema para predizer a possibilidade de parada completa de uma aeronave sobre uma pista de aterrissagem. De acordo com a invençào: a) mede-se a altitude (H) da aeronave (2) e calcula-se a distância horizontal (D) que separa a dita aeronave (2) do limitede extremidade proximal (4) da dita pista de aterrissagem (1) ; b) calcula-se, a partir da altitude (H) e da distância horizontal (D) determinadas em (<244>, bem como a partir do dito ângulo de aproximação (cL), uma posição de toque estimada (21) da dita aeronave sobre a dita pista de aterrissagem (1) ; c) utiliza-se a dita posição de toque estimada (21) calculada em b) para determinar a dita possibilidade.
Description
"PROCESSO PARA PREDIZER A POSSIBILIDADE DE PARADACOMPLETA DE UMA AERONAVE, SISTEMA PARA EXECUÇÃO DOPROCESSO E AERONAVE".
A presente invenção refere-se a um processo e a umsistema para predizer a possibilidade de parada completade uma aeronave sobre uma pista de aterrissagem.Sabe-se que, na aterrissagem, uma aeronave pode sairlongitudinalmente da pista de aterrissagem, no final damesma, devido ao fato que, por exemplo, a dita aeronave,no final de sua trajetória de aproximação, tocou a pistamuito além do limite proximal [ponto de toque maispróximo] da pista (fala-se então de "aterrissagemlonga"). Tal acidente pode ser agravado por umavelocidade de aterrissagem excessiva.
Na técnica anterior, descreve-se um sistema chamado"Runway Awareness and Advisory System", que fornece aopiloto de uma aeronave em fase final de aterrissagem, ouseja, rolando na pista estando freada, uma informaçãofalada relativa ao comprimento da pista que resta apercorrer antes do limite distai [limite final] da ditapista. Tal informação é muito útil, porém é tardia e nãopode fornecer um alerta para uma aterrissagem muitolonga.
Por outro lado, por exemplo, através dos documentos US-5142 478 e WO 01/57827, são conhecidos sistemas de auxílioà aterrissagem para aeronaves seguindo uma trajetória deaproximação. Tais sistemas permitem, portanto, forneceralertas em tempo suficiente para se tomar disposiçõesapropriadas para uma correção de aproximação ou umaarremetida. Contudo, o primeiro destes documentos exige ainstalação de meios de transmissão com a terra, enquantoo segundo é complexo, levando em conta uma diversidade deparâmetros, entre os quais uma taxa de aceleraçãoestimada.
A presente invenção tem por objeto remediar estesinconvenientes graças a um processo e um sistema simples,que permite evitar os acidentes de saída longitudinal nofinal de pista de aterrissagem e, portanto, melhorar asegurança dos vôos.
Para tal, de acordo com a invenção, o processo parapredizer a possibilidade de parada completa de umaaeronave durante sua aterrissagem sobre uma pista deaterrissagem, enquanto a dita aeronave ainda está no ar eem descida para a dita pista de aterrissagem segundo umatrajetória de aproximação inclinada formando um ângulo deaproximação com a dita pista de aterrissagem,compreendendo a dita pista de aterrissagem dois limitesde extremidade, é notável pelo fato de:
a) medir-se a altitude da dita aeronave e calcular-se adistância horizontal que separa a dita aeronave do limitede extremidade proximal da dita pista de aterrissagem;
b) calcular-se, a partir da altitude e da distânciahorizontal determinadas em a) , bem como a partir do ditoângulo de aproximação, uma posição de toque estimada dadita aeronave sobre a dita pista de aterrissagem; e
c) utilizar-se a dita posição de toque estimada em b)para determinar a dita possibilidade.
Assim, graças à presente invenção, pode-se obter demaneira simples, bem antes do contato da aeronave com apista de aterrissagem, uma informação sobre como será aaterrissagem, longa ou não, o que deixa tempo para setomar medidas para remediar os inconvenientes de umaaterrissagem longa.
Para que a posição de toque estimada seja a mais precisapossível, efetuam-se as ditas etapas a) e b) de maneirarepetitiva durante pelo menos parte da descida daaeronave sobre a dita trajetória de aproximação.
O ângulo de aproximação utilizado na etapa b) pode serfornecido por uma base de dados relativa à pista deaterrissagem. Em uma variante, este ângulo de aproximaçãopode ser calculado a bordo da aeronave, a partir dasinformações inerciais dadas pela central inercial debordo.De preferência, a altitude utilizada na etapa b) éfornecida por um radioaltímetro. Quanto à distânciahorizontal, que separa a dita aeronave do limite deextremidade proximal da dita pista de aterrissagem, elapode ser obtida a partir de informações de posicionamentoda dita aeronave dadas por um sistema de satélites deposicionamento e de informações dadas por uma base dedados contendo pelo menos o posicionamento do limiteproximal da dita pista de aterrissagem.
Em uma forma de execução especialmente simples doprocesso de acordo com a presente invenção, a ditaposição de toque estimada é definida por sua distância Xaté o dito limite de extremidade proximal e estadistância X é escolhida igual a X=(H/tga)-D, expressão naqual H é a altitude da aeronave sobre a trajetória deaproximação, tga é a tangente do ângulo de aproximação αe D é a distância horizontal que separa a aeronave dodito limite de extremidade proximal.
Notar-se-á que tal definição da posição de toqueestimada, que permite cálculos simples, todavia não éexata, pois não considera a curva de transição deaterrissagem entre o fim da trajetória de aproximação e apista de aterrissagem. Contudo, a falta de exatidãoresultante disso é sem conseqüência, pois pode ser levadoem conta na etapa c) do processo.
Notar-se-á alem disso que, para uma finalidade diferentedaquela da presente invenção - a saber, a determinação daposição de uma aeronave em relação a uma pista deaterrissagem e não a predição de uma parada sobre estaúltima - o documento US-4 316 252 também utiliza umaposição de toque estimada, determinada a partir daaltitude da aeronave e do ângulo de aproximação. Contudo,no sistema do documento US-4 316 252, a distância entre aposição de toque estimada e o dito limite proximal dapista de aterrissagem é supostamente conhecida (enquanto,na presente invenção, esta distância é a incógnita a serdeterminada) e a distância horizontal entre a aeronave eo dito limite proximal é a incógnita a ser determinada(enquanto, na presente invenção, esta última distância épré-calculada por outro lado a partir de informações deposicionamento relativas à aeronave e ao dito limiteproximal).
Para a execução da etapa c), pode-se, por exemplo:
- comparar a dita distância entre a dita posição de toqueestimada e o dito limite proximal da pista deaterrissagem com um valor limite de referência, abaixo doqual a dita aeronave deve poder parar completamente sobrea dita pista de aterrissagem e acima da qual a ditaaeronave não pode parar sobre esta última; ou então
- adicionar uma distância de aterrissagem estimada à ditadistância entre a dita posição de toque estimada e o ditolimite de extremidade proximal, e em seguida comparar asoma de distâncias assim obtida com o comprimento dapista de aterrissagem.
No primeiro caso, o dito valor limite de referência podeser determinado pela experiência ou pelo cálculo: eledepende, evidentemente, do tipo de aeronave, de seudesempenho de frenagem, do estado da pista, das condiçõesmeteorológicas, etc. No segundo caso, a dita distância deaterrissagem estimada pode ser um valor fixo deprecaução, ou pode ser calculada em tempo real a partirde uma base de dados de desempenho na aterrissagem, ouainda ser proveniente de um modelo dinâmico de cálculo dadistância de parada. Nos dois casos, ao dito valor limitede referência e a dita distância de aterrissagemestimada, podem-se incorporar margens de segurança, entreoutras, para levar em conta a curva de transição daaterrissagem, como mencionado acima.
Se a dita distância entre a posição de toque estimada e odito limite de extremidade proximal for superior ao ditovalor limite de referência, ou se a dita soma dedistâncias for superior ao o comprimento da pista deaterrissagem, pode-se:- emitir um ou mais alarmes (sonoro, luminoso, etc.) paraa tripulação, que pode então efetuar uma arremetida; e/ou
- comandar uma arremetida automática da aeronave pelointermediário do piloto automático da aeronave.
Além disso, pode-se prever a exibição em uma tela,especialmente na tela chamada "Navigation Display" natécnica aeronáutica, de um esquema representativo daaterrissagem em curso ilustrando a pista, os limites depistas, a trajetória de aproximação, a posição estimadade toque, o dito valor limite de referência e/ou adistância de aterrissagem estimada, etc., e, a título dealarme, fazer piscar e/ou representar em cores vivasalguns destes elementos, especialmente em caso deimpossibilidade de parada completa da aeronave antes dolimite de extremidade distai da dita pista deaterrissagem.
A fim de evitar perturbar a tripulação da aeronave com umou mais alarmes intempestivos quando a aeronave não podemais arremeter em toda segurança, pode-se prever inibirneste caso os ditos alarmes e o comando do pilotoautomático. Tal inibição pode ser prevista quando ocorrepelo menos uma das três condições seguintes:
- a radioaltitude é inferior a um limite de altitude, porexemplo, igual a l,5m;
- a velocidade da aeronave em relação ao ar é inferior aum limite de velocidade, por exemplo, igual a velocidadede decolagem; e
- o trem de pouso da aeronave está comprimido, indicandoassim que este último já está rolando na pista deaterrissagem.
Por outro lado, previamente à etapa a), pode-se examinar,para as pistas de aterrissagem mais próximas da aeronaveem vôo, aquelas sobre as quais se pode considerar efetuaruma aterrissagem. Para tal, pode-se verificar uma ou maiscondições seguintes:
- a aeronave está em configuração de aterrissagem;- a altitude da aeronave corresponde a um valor depreparação para a aterrissagem;
- o alinhamento da aeronave com uma ou mais pistas; e
- a distância horizontal da aeronave com os limitesproximais das ditas pistas.
Para a execução das etapas a) e b) do processo de acordocom a presente invenção, utiliza-se vantajosamente umsistema compreendendo meios de cálculo:
- recebendo:
· a altitude (H) da dita aeronave em descida para umapista de aterrissagem segundo uma trajetória deaproximação inclinada formando um ângulo de aproximação(a) com a dita pista de aterrissagem:
• informações de posicionamento da dita aeronave; e
· informações de posicionamento de pelo menos um limitede extremidade proximal da dita pista de aterrissagem; e
- calculando:
• a distância horizontal (D) que separa a dita aeronavedo limite de extremidade proximal; e
· a distância (X) definida pela equação:
X= (H/tga)-D
na qual tga é a tangente do ângulo de aproximação a.Os ditos meios de cálculo podem, segundo os dois casosmencionados acima:
- efetuar a comparação da dita distância X calculada como dito valor limite de referência e gerar um sinal dealerta quando a dita distância calculada X for superiorao dito valor limite de referência; ou
- efetuar a soma da dita distância calculada X e da ditadistância de aterrissagem estimada, e em seguida comparara dita soma com o comprimento da pista de aterrissagem egerar um sinal de alerta quando a dita soma for superiorao dito comprimento da pista de aterrissagem.
As figuras do desenho anexo mostrarão bem como a invençãopode ser realizada. Nessas figuras, referências idênticasdesignam elementos semelhantes.A figura 1 é uma vista superior esquemática de uma pistade aterrissagem para a qual a aeronave executa umamanobra de aproximação;
A figura 2 é o esquema sinóptico de um sistema montado abordo da dita aeronave que permite a esta última executaro processo de acordo com a presente invenção;
A figura 3 ilustra esquematicamente um primeiro exemplode execução do processo de acordo com a presenteinvenção; e
A figura 4 ilustra esquematicamente um segundo exemplo deexecução do dito processo.
Na figura 1, representou-se em vista superior esquemáticauma pista de aterrissagem 1 e uma aeronave 2. A aeronave2 está pelo menos aproximadamente alinhada com o eixo X-Xda dita pista de aterrissagem 1 e em descida para estaúltima segundo uma trajetória de aproximação (ver figuras3 e 4). A pista de aterrissagem 1 é delimitada por doislimites de extremidade 4 e 5, entre os quais é definido ocomprimento L da dita pista. A aeronave encontra-se dolado do limite de extremidade 4, sendo este então olimite proximal, e, conseqüentemente, sendo o limite 5 olimite distai.
A bordo da aeronave 2, são montados meios de cálculo 6que permitem executar o processo de acordo com a presenteinvenção.
Para tal, no exemplo da figura 2, os meios de cálculo 6compreendem:
- uma entrada 7 que recebe a radioaltitude H medidapelo(s) radioaltímetro(s) de bordo;
- uma entrada 8 que recebe os parâmetros inerciais Igerados pela central inercial de bordo;
- uma entrada 9 que recebe os parâmetros anemométricos Agerados pelos sensores anemométricos de bordo;
- uma entrada 10 que recebe a posição P da aeronave 2fornecida por um sistema de posicionamento por satélite;
- uma entrada 11 que recebe informações A/C próprias daaeronave 2, tais como a configuração de suas asas, aposição ativada ou desativada dos reversores de empuxo deseus motores, o estado de funcionamento de seus motores,suas características de frenagem e de aterrissagem, etc.;e
- uma entrada 12, conectada a uma base de dadosaeroportuárias 13, contendo as características de pelomenos a pista de aterrissagem 1, as coordenadas doslimites 4 e 5, o comprimento L, o estado da dita pista(água, neve, gelo, abertura ou fechamento da pista), etc.
Por outro lado, no exemplo da figura 2, os meios decálculo 6 compreendem:
- uma saída 14 capaz de ativar um dispositivo de alarmesonoro 15;
- uma saída 16 capaz de ativar um dispositivo de alarmeluminoso 17;
- uma saída 18, capaz de ativar um sistema de exibiçãoeletrônica 19, por exemplo, o Navigation Display; e
- uma saída 20, capaz de comandar o piloto automático daaeronave 2.
O ângulo de aproximação a, utilizado da maneira indicadaabaixo pelos meios de cálculo 6, pode ser calculado porestes últimos a partir das informações inerciais I ouentão ser dado pela base de dados aeroportuários 13.
Além disso, graças às informações contidas nesta últimabase de dados e às informações P recebidas na entrada 10,os meios de cálculo 6 determinam a distância horizontal Dque separa a aeronave 2 do limite de extremidade proximal4.
A partir da altura H, da distância horizontal D e doângulo de aproximação a, os meios de cálculo 6determinam, de preferência de maneira repetitiva durantea descida da aeronave 2 para a pista de aterrissagem 1,uma distância X = (H/tga)-D, que define, em relação aolimite de extremidade proximal 4, uma posição de toqueestimada 21 da trajetória de aproximação 3 (e, portanto,da aeronave 2) sobre a dita pista de aterrissagem 1 (verfiguras 3 e 4).No exemplo de execução representado na figura 3, os meiosde cálculo 6 comparam a dita distância X com um valorlimite de referência T, determinado, por experimentaçãoou por cálculo, de maneira que, se X for inferior a T, aaeronave 2 deverá poder parar na pista de aterrissagem 1antes do limite distai 5 desta última, enquanto,inversamente, se X for superior a T (caso representado nafigura 3) , a aeronave 2 não terá nenhuma chance de pararantes do dito limite distai 5 e, caso prosseguir com aaterrissagem, só poderá sair na extremidade da pista deaterrissagem 1. O valor limite de referência T é funçãodo tipo da aeronave 2, do desempenho de frenagem destaúltima, das condições meteorológicas, da pista deaterrissagem 1, etc. Ele pode ser determinado porexperimentação ou por cálculo.
No exemplo de execução da invenção, representado nafigura 4, os meios de cálculo 6 adicionam uma distânciade aterrissagem estimada F à dita distância estimada X ecomparam a soma X + F com o comprimento L da pista deaterrissagem 1. Esta distância de aterrissagem estimada Fpode ser um valor fixo pré-determinado por cálculo ou porexperiência, ou então ser calculada em tempo real pelosmeios de cálculo 6 a partir de uma base de dados dedesempenho de aterrissagem (não representada). Adistância de aterrissagem estimada F pode levar em conta,além da massa da aeronave 2 e sua configuraçãoaerodinâmica, a elevação da pista 1, o estado da mesma, avelocidade do avião em relação à velocidade deaproximação recomendada, um eventual vento traseiro, aspanes que afetam a distância de aterrissagem (reversoresde empuxo, motores, dispositivos de antipatinagem e deautofrenagem, etc.). A importância destes diversosparâmetros é geralmente indicada no manual de bordo FCOM(Flight Crew Operating Manual).
Se a soma X+F for inferior ao comprimento L (casorepresentado na figura 4) , a aeronave 2 deverá poderparar na pista de aterrissagem 1 antes do limite distai5. Em compensação, se a soma X+F for superior aocomprimento L, a aeronave 2 deve esperar sair da pistalongitudinalmente, no final da mesma.
Se, dependendo do caso, X for superior a T ou X+F forsuperior a L, os meios de cálculo 6 geram um sinal dealerta, de maneira que os alarmes sonoro 15 e luminoso 17são ativados para avisar o piloto da aeronave 2 sobre agravidade da situação. Além disso, um esquema semelhanteao esquema da figura 3, ou da figura 4, pode ser exibidona tela 19, dependendo do caso, com elementos que piscamou representados em cores vivas.
Assim, o piloto é alertado e pode interromper aaterrissagem em curso e arremeter em tempo, enquanto oavião ainda está sobre a trajetória de aproximação.
Eventualmente, o sinal de alerta emitido pelos meios decálculo 6 e que aparece na saída 2 0 pode comandardiretamente o piloto automático da aeronave 2 para umaarremetida automática da mesma.
Compreender-se-á facilmente que, por meio das informaçõesque os meios de cálculo 6 recebem nas entradas 7 a 12, aaeronave 2 pode, antes de empreender uma manobra deaterrissagem sobre uma pista 1 determinada, calcular paracada uma das várias pistas 1 que estejam na proximidade:
- a distância D;
- o alinhamento em relação ao eixo X-X; e
- a altitude H.
Além disso, ela pode verificar se sua configuraçãocorresponde à de uma aterrissagem, de maneira que elapode determinar qual ou quais das ditas pistas pode serconsiderada para efetuar uma aterrissagem.
Claims (18)
1. Processo para predizer a possibilidade de paradacompleta de uma aeronave, durante sua aterrissagem sobreuma pista de aterrissagem (1), enquanto a dita aeronave(2) ainda está no ar e em descida para a dita pista deaterrissagem (1) segundo uma trajetória de aproximaçãoinclinada (3) formando um ângulo de aproximação (a) com adita pista de aterrissagem (1), compreendendo a ditapista de aterrissagem dois limites de extremidade (4, 5),caracterizado pelo fato de:a) medir-se a altitude (H) da dita aeronave (2) ecalcular-se a distância horizontal (D) que separa a ditaaeronave (2) do limite de extremidade proximal (4) dadita pista de aterrissagem (1);b) calcular-se, a partir da altitude (H) e da distânciahorizontal (D) determinadas em a) , bem como a partir dodito ângulo de aproximação (α) , uma posição de toqueestimada (21) da dita aeronave sobre a dita pista deaterrissagem (1); ec) utilizar-se a dita posição de toque estimada (21)calculada em b) para determinar a dita possibilidade.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de se efetuarem as ditas etapasa) e b) de maneira repetitiva durante pelo menos parte dadescida da aeronave (2) sobre a dita trajetória deaproximação (3).
3. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o ditoângulo de aproximação (a) ser calculado a bordo daaeronave (2).
4. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o ditoângulo de aproximação (a) ser fornecido por uma base dedados (13) contendo informações relativas à dita pista deaterrissagem (1).
5. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de adistância horizontal (D), que separa a dita aeronave (2)do limite de extremidade proximal (4) da pista deaterrissagem (1) , ser obtida a partir de informações deposicionamento da dita aeronave (2) dadas por um sistemade satélites de posicionamento e a partir de informaçõesdadas por uma base de dados (13) contendo pelo menos oposicionamento do dito limite proximal da dita pista deaterrissagem (1).
6. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de adita posição de toque estimada (21) ser definida por suadistância (X) até o dito limite de extremidade proximal(4).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de a dita distância (X) entre adita posição de toque estimada (21) e o dito limite deextremidade proximal (4) ser escolhida igual a X=(H/tga)-D, expressão na qual H é a altitude da aeronave (2) , tgaé a tangente do ângulo de aproximação α e D é a distânciahorizontal que separa a aeronave (2) do limite deextremidade proximal (4).
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de, para a execução da etapa c),comparar-se a dita distância (X) entre a dita posição detoque estimada (21) e o dito limite de extremidadeproximal (4) com um valor limite de referência (T) ,abaixo do qual a dita aeronave (2) deve poder pararcompletamente sobre a dita pista de aterrissagem (1) eacima da qual a dita aeronave (2) não pode parar sobreesta última.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de, para a execução da etapa c),adicionar-se uma distância de aterrissagem estimada (F) àdita distância (X) entre a dita posição de toque estimada(21) e o dito limite de extremidade proximal (4) , ecomparar-se a soma de distâncias (X+F) assim obtida com ocomprimento (L) da pista de aterrissagem (1).
10. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de aetapa c) consistir em emitir um alarme para a tripulaçãoda aeronave (2) .
11. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de aetapa c) consistir em uma arremetida automática daaeronave (2).
12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de pelomenos a etapa c) ser inibida quando a aeronave (2) , emprocedimento de aterrissagem, não é mais capaz dearremeter em toda segurança.
13. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de,(previamente à etapa a, verificar-se, para as pistas deaterrissagem mais próximas da aeronave (2), aquelas sobreas quais se pode considerar efetuar uma aterrissagem.
14. Sistema para a execução do processo, comoidentificado na reivindicação 7, caracterizado pelo fatode compreender meios de cálculo (6):- recebendo:• a altitude (H) da dita aeronave (2) em descida para adita pista de aterrissagem (1) segundo a dita trajetóriade aproximação inclinada (3) formando um ângulo deaproximação (a) com a dita pista de aterrissagem (1);• informações de posicionamento da dita aeronave (2); e• informações de posicionamento de pelo menos o limite deextremidade proximal (4) da dita pista de aterrissagem(1) ; e- calculando:• a distância horizontal (D) que separa a dita aeronave(2) do dito limite de extremidade proximal (4); e• a distância (X) definida pela equação:X= (H/tga)-Dna qual tga é a tangente do ângulo de aproximação a.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, para aexecução do processo como identificado na reivindicação8, caracterizado pelo fato os ditos meios de cálculo (6)efetuarem a comparação da dita distância (X) calculadacom o dito valor limite de referência (T) e gerarem umsinal de alerta quando a dita distância calculada (X) forsuperior ao dito valor limite de referência (T).
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, para aexecução do processo como identificado na reivindicação-9, caracterizado pelo fato os ditos meios de cálculo (6)efetuarem a soma (X+F) da dita distância calculada (X) eda dita distância de aterrissagem estimada (F) , e emseguida compararem a dita soma (X+F) com o comprimento(L) da pista de aterrissagem e gerarem um sinal de alertaquando a dita soma (X+F) for superior ao dito comprimento(L) da pista de aterrissagem (1).
17. Aeronave, caracterizada pelo fato de compreendermeios para executar o processo como identificado emqualquer uma das reivindicações 1 a 13.
18. Aeronave, de acordo com a reivindicação 17,caracterizada pelo fato de compreender um sistema comoidentificado em qualquer uma das reivindicações 14 a 16.
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