पावर अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग करके सीमेंट कणों के समूहों का विघटन
सीमेंट कणों के समूहों के विघटन के लिए अक्सर प्रोब प्रकार के सोनिकेटरों का उपयोग किया जाता है। यह विधि पीसने वाले माध्यम की आवश्यकता समाप्त करती है, निस्यंदन और गहन सफाई को अनावश्यक बनाकर प्रक्रिया को सरल करती है, और कणों के आकार को कुशलतापूर्वक कम करती है। इसके अतिरिक्त, सोनिकेशन परिक्षेपकों पर निर्भरता कम करता है और अधिक सुगठित, ऊर्जा-कुशल उपकरणों का उपयोग करता है, जिससे यह सीमेंट कणों के परिक्षेपण और उनके समूहों के विघटन के लिए अत्यंत लाभकारी समाधान बन जाता है।
सीमेंट कणों के समूहों के अल्ट्रासोनिक विघटन के लाभ
सीमेंट निर्माण कार्य में सबसे आवश्यक सामग्रियों में से एक है, जिसका व्यापक उपयोग इसके बंधनकारी गुणों के कारण होता है। हालांकि, इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए कणों का एकसमान वितरण आवश्यक है, क्योंकि समूहित कण सीमेंट के प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं। इस चुनौती से निपटने के लिए अल्ट्रासोनिक विधि से कण समूहों का विघटन एक शक्तिशाली तकनीक के रूप में उभरा है।
- कणों का बेहतर परिक्षेपण: अल्ट्रासोनिक विधि से कण समूहों का विघटन सीमेंट कणों को प्रभावी ढंग से परिक्षेपित करता है और एकसमान कण आकार वितरण सुनिश्चित करता है। सीमेंटयुक्त सामग्रियों में एकसमान मजबूती और टिकाऊपन प्राप्त करने के लिए यह एकरूपता अत्यंत आवश्यक है।
- बेहतर जलयोजन: समूहों से अलग किए गए कणों का बढ़ा हुआ सतह क्षेत्रफल जलयोजन प्रक्रिया को बेहतर बनाता है, जिससे अंतिम उत्पाद में बेहतर बंधन और अधिक मजबूती प्राप्त होती है। बेहतर जलयोजन सीमेंट मैट्रिक्स में अपूर्ण अभिक्रियाओं और कमजोर स्थानों का जोखिम भी कम करता है।
- बढ़ी हुई कार्यशीलता: अच्छी तरह परिक्षेपित सीमेंट कण अधिक कार्यशील मिश्रण बनाते हैं, जिसे मिलाना, डालना और जिसकी सतह को अंतिम रूप देना आसान होता है। इस बेहतर कार्यशीलता से निर्माण का समय और श्रम लागत कम हो सकते हैं।
- बेहतर यांत्रिक गुण: अल्ट्रासोनिक विधि से कण समूहों का विघटन सीमेंट आधारित सामग्रियों में अधिक सघन और अधिक समरूप सूक्ष्मसंरचना के विकास में योगदान देता है। इससे संपीडन सामर्थ्य और तनन सामर्थ्य जैसे यांत्रिक गुण बेहतर होते हैं।
- योजकों के उपयोग में कमी: अल्ट्रासोनिक विधि से कण समूहों का विघटन करके बेहतर परिक्षेपण प्राप्त करने से रासायनिक परिक्षेपकों और अन्य योजकों की आवश्यकता न्यूनतम की जा सकती है। इससे न केवल लागत कम होती है, बल्कि सीमेंट उत्पादन का पर्यावरणीय प्रभाव भी घटता है।
- लागत-प्रभावशीलता: औद्योगिक श्रेणी के अल्ट्रासोनिकेटर में प्रारंभिक निवेश चाहे जितना भी हो, बेहतर उत्पाद गुणवत्ता, योजकों के कम उपयोग और बेहतर प्रदर्शन के दीर्घकालिक लाभ इसे सीमेंट उद्योग के लिए लागत-प्रभावी समाधान बनाते हैं।
| तुलना का पहलू | सीमेंट कणों के लिए बॉल मिलिंग | सीमेंट कणों के समूहों का अल्ट्रासोनिक विघटन |
|---|---|---|
| विधि | पीसने वाले माध्यम के रूप में इस्पात या सिलिका की गेंदों का उपयोग करती है | ध्वनिक कैविटेशन और ध्वनि-यांत्रिक अपरूपण बल उत्पन्न करने के लिए उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करती है |
| पीसने वाले माध्यम का प्रतिस्थापन | इस्पात या सिलिका की गेंदों को बार-बार बदलना | पीसने वाले माध्यम का उपयोग नहीं होता, जिससे प्रतिस्थापन की लागत समाप्त हो जाती है |
| प्रक्रिया के बाद निस्यंदन | पीसने वाले माध्यम को छानकर अलग करने के लिए आवश्यक | आवश्यक नहीं, जिससे प्रक्रिया सरल होती है |
| सफाई की आवश्यकताएं | मिलिंग माध्यम और कक्ष की सफाई में अधिक श्रम और समय लगता है | न्यूनतम सफाई, अल्ट्रासोनिक प्रोबों का रखरखाव अधिक आसान है |
| सूक्ष्म कण आकार सीमा में दक्षता | 0 – 100 µm सीमा के कणों के लिए अकुशल, अधिक समय लेने वाली | 0 – 100 µm सीमा सहित सूक्ष्म कण आकारों के लिए अत्यधिक प्रभावी |
| परिक्षेपक की आवश्यकता | परिक्षेपक की अधिक मात्रा आवश्यक | शक्तिशाली कैविटेशन और अपरूपण बलों के कारण परिक्षेपकों की कम आवश्यकता |
| उपकरण की विशेषताएं | बड़ा, भारी-भरकम, ऊर्जा की दृष्टि से अकुशल, व्यापक रखरखाव और सफाई की आवश्यकता | सुगठित, ऊर्जा-कुशल, कम रखरखाव, संभालना अधिक आसान और संचालन में सुरक्षित |
केस स्टडी: अल्ट्रासोनिक मिक्सरों से अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट का परिक्षेपण
Draganović के नेतृत्व वाली शोध टीम ने पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों की तुलना में अल्ट्रासाउंड तकनीक का उपयोग करके अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण की व्यापक जाँच प्रस्तुत की है। यह अध्ययन विशेष रूप से पारंपरिक ग्राउट परिक्षेपण विधियों की तुलना में सोनिकेटर UP400St के प्रदर्शन पर केंद्रित है।
शोधकर्ताओं ने अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों के कण आकार वितरण (PSD) और ज़ीटा विभव का आकलन करने के लिए विभिन्न परिक्षेपण तकनीकों का उपयोग करके प्रयोगों की एक शृंखला आयोजित की। मूल्यांकित तकनीकों में UP400St सोनिकेटर से अल्ट्रासाउंड उपचार, उच्च गति वाले प्रयोगशाला डिसॉल्वर और दोनों विधियों का संयोजन शामिल हैं।
निष्कर्ष दर्शाते हैं कि पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों की तुलना में UP400St सोनिकेटर का उपयोग करके किया गया अल्ट्रासाउंड परिक्षेपण कण आकार वितरण में उल्लेखनीय सुधार करता है। सोनिकेटर UP400St अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों के समूहन को प्रभावी ढंग से कम करता है, जिससे अधिक समरूप और स्थिर ग्राउट निलंबन बनता है। अल्ट्रासाउंड उपचार छोटे कणों के वितरण में सुधार करता है, जिसके परिणामस्वरूप कण आकार वितरण का दायरा अधिक संकीर्ण हो जाता है।
सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण की दक्षता के संबंध में अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र UP400St की तुलना डिस्क से सुसज्जित एक सामान्य प्रयोगशाला मिक्सर और रोटर-स्टेटर तकनीक का उपयोग करने वाले मिक्सर से की गई है। अध्ययन से पता चला कि अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण न केवल एक प्रभावी विधि है, बल्कि रोटर-स्टेटर तकनीक का उपयोग करने वाले मिक्सर से भी बेहतर है।
(अध्ययन और आलेख: © Draganović et al., 2020)
इसके अलावा, अल्ट्रासाउंड को पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों के साथ संयोजित करने से परिक्षेपण दक्षता बढ़ती है और अकेले अल्ट्रासाउंड उपचार की तुलना में और भी महीन कण आकार वितरण प्राप्त होता है। यह संयोजन बैच प्रक्रियाओं में अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के PSD और ज़ीटा विभव पर बेहतर नियंत्रण प्रदान करता है। निरंतर प्रवाह प्रणालियों में, कणों का निलंबन स्वतः ही कैविटेशन के हॉट स्पॉट क्षेत्र से होकर गुजरता है, जिससे अतिरिक्त विलोडन अनावश्यक हो जाता है।
यह अध्ययन अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण में सोनिकेटर UP400St के श्रेष्ठ प्रदर्शन को रेखांकित करता है। अल्ट्रासाउंड उपचार, विशेष रूप से पारंपरिक प्रयोगशाला डिसॉल्वरों के साथ संयोजित किए जाने पर, अतिसूक्ष्म सीमेंट कणों का एकसमान और स्थिर निलंबन प्राप्त करने की एक प्रभावी और दक्ष विधि प्रदान करता है।
यह शोध अल्ट्रासाउंड और पारंपरिक परिक्षेपण विधियों के बीच विस्तृत तुलना प्रस्तुत करता है और ग्राउट परिक्षेपण में सोनिकेशन की श्रेष्ठ प्रभावशीलता को उजागर करता है।
(तुलना करें: Draganović et al., 2020)
तुलना की गई परिक्षेपण विधियाँ: 90-mm डिस्क से सुसज्जित Vma-Getzmann Dispermat CV-3 डिसॉल्वर, एक रोटर-स्टेटर (R/S) प्रणाली, और H22 सोनोट्रोड से सुसज्जित Hielscher UP400St सोनिकेटर।
(अध्ययन और चित्र: ©Draganovic et al., 2020)
प्रोब-प्रकार का सोनिकेटर UP400ST अतिसूक्ष्म सीमेंट ग्राउट के परिक्षेपण के लिए
(अध्ययन और चित्र: ©Draganovic et al., 2020)
सीमेंट उद्योग में सोनिकेटरों के अनुप्रयोग
सीमेंट कणों और ग्राउट के विसमूहन में उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड के लाभकारी प्रभावों का उपयोग सीमेंट उद्योग में अनेक अनुप्रयोग क्षेत्रों के द्वार खोलता है, जिससे सामग्री के गुणों और अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार संभव होता है।
- सीमेंट कणों की गीली पिसाई: प्रोब-प्रकार का सोनिकेशन सीमेंट कणों को पीसने की एक अत्यधिक प्रभावी और ऊर्जा-कुशल विधि है। सीमेंट की अल्ट्रासोनिक गीली पिसाई के बारे में और पढ़ें!
- उच्च प्रदर्शन वाले कंक्रीट का उत्पादन: प्रोब-प्रकार के सोनिकेटरों का उपयोग महीन सीमेंट कणों और फ्लाई ऐश तथा सिलिका फ्यूम जैसी पूरक सीमेंटकारी सामग्रियों का एकसमान परिक्षेपण सुनिश्चित करके उच्च प्रदर्शन वाले कंक्रीट के उत्पादन के लिए किया जाता है। इससे श्रेष्ठ यांत्रिक गुणों और टिकाऊपन वाला कंक्रीट बनता है।
- नैनोकंपोज़िट का विकास: अनुसंधान और विकास में, प्रोब-प्रकार के सोनिकेटर सीमेंट मैट्रिक्स में नैनोकणों को समाविष्ट करना आसान बनाते हैं, जिससे बढ़ी हुई मजबूती, चर्मलता और पर्यावरणीय क्षरण के प्रति प्रतिरोध जैसे बेहतर गुणों वाले नैनोकंपोज़िट बनते हैं।
- योजकों के प्रदर्शन का अनुकूलन: अल्ट्रासोनिक विगुच्छन सीमेंट मैट्रिक्स में सुपरप्लास्टिसाइज़र और वायु समावेशक एजेंटों जैसे रासायनिक योजकों का समान वितरण सुनिश्चित करके उनके प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करता है। इससे अंतिम उत्पाद की सुकार्यता और प्रदर्शन में सुधार होता है।
सीमेंट कणों के परिक्षेपण और विगुच्छन के लिए उच्च प्रदर्शन वाले सोनिकेटर
प्रोब प्रकार के सोनिकेटरों का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक विगुच्छन करने से सीमेंट उद्योग को महत्वपूर्ण लाभ मिलते हैं। कणों का परिक्षेपण बढ़ाकर, जलयोजन में सुधार करके और सुकार्यता बढ़ाकर, ये उपकरण उच्च गुणवत्ता वाली सीमेंटयुक्त सामग्रियों के उत्पादन में योगदान देते हैं। प्रोब प्रकार के सोनिकेटरों का सटीक नियंत्रण, पैमाना बढ़ाने की क्षमता और बहुमुखी उपयोगिता उन्हें अनुसंधान और औद्योगिक अनुप्रयोगों, दोनों के लिए मूल्यवान उपकरण बनाते हैं, जिससे सीमेंट उत्पादन में नवाचार और दक्षता को बढ़ावा मिलता है।
Hielscher Ultrasonic सीमेंट कणों और सीमेंट ग्राउट के प्रसंस्करण के लिए किसी भी शक्ति स्तर पर उच्च प्रदर्शन वाले सोनिकेटर प्रदान करता है – अनुसंधान + विकास के लिए छोटे बैचों से लेकर उत्पादन पैमाने पर औद्योगिक सीमेंट विगुच्छन के लिए उच्च प्रसंस्करण क्षमता तक।
- उच्च दक्षता
- अत्याधुनिक तकनीक
- विश्वसनीयता और मजबूती
- समायोज्य, सटीक प्रक्रिया नियंत्रण
- बैच और इनलाइन
- किसी भी आयतन के लिए
- बुद्धिमान सॉफ़्टवेयर
- स्मार्ट सुविधाएँ (जैसे, प्रोग्राम करने की क्षमता, डेटा अभिलेखन, दूरस्थ नियंत्रण)
- संचालन में आसान और सुरक्षित
- कम रखरखाव
- CIP (बिना खोले यथास्थान सफाई)
डिज़ाइन, विनिर्माण और परामर्श – जर्मनी में निर्मित गुणवत्ता
Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर अपनी उच्चतम गुणवत्ता और डिज़ाइन मानकों के लिए प्रसिद्ध हैं। मजबूती और आसान संचालन के कारण हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों को औद्योगिक संयंत्रों में सहजता से एकीकृत किया जा सकता है। Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर कठोर परिस्थितियों और चुनौतीपूर्ण वातावरण में आसानी से काम करते हैं।
Hielscher Ultrasonics एक ISO प्रमाणित कंपनी है और अत्याधुनिक तकनीक तथा उपयोगकर्ता अनुकूलता वाले उच्च प्रदर्शन के अल्ट्रासोनिकेटरों पर विशेष ध्यान देती है। निस्संदेह, Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर CE के अनुरूप हैं और UL, CSA तथा RoHs की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 से 150L | 3 से 15L/min | UIP6000hdT |
| 15 से 150L | 3 से 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | समूहबद्ध UIP16000 |
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साहित्य / संदर्भ
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Peters, Simone (2017): The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions. Doctoral Thesis Bauhaus-Universität Weimar, 2017.
- N.-M. Barkoula, C. Ioannou, D.G. Aggelis, T.E. Matikas (2016): Optimization of nano-silica’s addition in cement mortars and assessment of the failure process using acoustic emission monitoring. Construction and Building Materials, Volume 125, 2016. 546-552.
- Mahmood Amani, Salem Al-Juhani, Mohammed Al-Jubouri, Rommel Yrac, Abdullah Taha (2016): Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils Application of Ultrasonic Waves for Degassing of Drilling Fluids and Crude Oils. Advances in Petroleum Exploration and Development Vol. 11, No. 2; 2016.
- Amani, Mahmood; Retnanto, Albertus; Aljuhani, Salem; Al-Jubouri, Mohammed; Shehada, Salem; Yrac, Rommel (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. Conference: International Petroleum Technology Conference 2015.
जानने योग्य तथ्य
सीमेंट क्या है?
सीमेंट एक महीन, चूर्ण जैसा पदार्थ है जो निर्माण में बंधक के रूप में काम करता है। पानी के साथ मिलाए जाने पर इसमें जलयोजन नामक रासायनिक अभिक्रिया होती है, जिससे यह कठोर होकर ठोस पदार्थ बन जाता है। यह मुख्य रूप से चूना पत्थर, चिकनी मिट्टी, सीपियों के खोल और सिलिका से बना होता है तथा कंक्रीट, गारे और अन्य निर्माण सामग्रियों का एक प्रमुख घटक है। सीमेंट की कठोर होने और अन्य सामग्रियों को बाँधने की क्षमता इसे इमारतों, सड़कों, पुलों और अन्य बुनियादी ढाँचों के निर्माण के लिए आवश्यक बनाती है। सीमेंट का सबसे सामान्य प्रकार पोर्टलैंड सीमेंट है, जिसका व्यापक उपयोग उसकी मजबूती और बहुमुखी उपयोगिता के कारण किया जाता है।
सीमेंट कणों का विगुच्छन क्यों महत्वपूर्ण है?
सीमेंट कणों का विगुच्छन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कण आकार का एकसमान वितरण सुनिश्चित करता है, जिससे सीमेंट आधारित सामग्रियों का प्रदर्शन और गुणवत्ता बेहतर होती है। उचित विगुच्छन जलयोजन की दक्षता में सुधार करता है, जिससे अधिक मज़बूत और अधिक टिकाऊ कंक्रीट बनता है। यह सीमेंट मिश्रणों की कार्यशीलता भी बढ़ाता है, जिससे उन्हें मिलाना, डालना और उनकी सतह को अंतिम रूप देना आसान हो जाता है। इसके अतिरिक्त, अच्छी तरह परिक्षेपित कण रासायनिक योजकों की आवश्यकता घटाते हैं, उत्पादन लागत कम करते हैं और पर्यावरणीय प्रभाव को न्यूनतम करते हैं। कुल मिलाकर, निर्माण परियोजनाओं में इष्टतम यांत्रिक गुण और दीर्घकालिक टिकाऊपन प्राप्त करने के लिए प्रभावी विगुच्छन अत्यंत आवश्यक है।
सीमेंट कणों का विगुच्छन कैसे किया जाता है?
सीमेंट कणों का विगुच्छन विभिन्न विधियों से किया जाता है, जिनमें अल्ट्रासोनिक विगुच्छन सबसे प्रभावी तकनीकों में से एक है। इस प्रक्रिया में, सीमेंट स्लरी में डूबी एक प्रोब से उच्च आवृत्ति वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्सर्जित होती हैं। ये तरंगें तीव्र कैविटेशन बुलबुले बनाती हैं, जो उच्च ऊर्जा के साथ ढहते हैं और शक्तिशाली अपरूपण बल तथा आघात तरंगें उत्पन्न करते हैं। ये बल गुच्छित सीमेंट कणों को अलग कर देते हैं, जिससे एकसमान परिक्षेपण सुनिश्चित होता है। अन्य विधियों में यांत्रिक मिश्रण, मिलिंग और परिक्षेपण कारकों का उपयोग शामिल है, लेकिन अल्ट्रासोनिक विगुच्छन को उसकी दक्षता और सूक्ष्म कणों का एकसमान वितरण प्राप्त करने की क्षमता के कारण प्राथमिकता दी जाती है।
सीमेंट प्रसंस्करण में पानी की क्या भूमिका है?
सीमेंट प्रसंस्करण में पानी की केंद्रीय भूमिका होती है। यह क्लिंकर के विभिन्न खनिजों का जलयोजन करता है, जिससे सीमेंट पेस्ट को आवश्यक तरलता मिलती है। हालांकि, पानी की मात्रा का प्रबंधन एक नाज़ुक संतुलन बनाए रखने का विषय है। अत्यधिक पानी से ब्लीडिंग (जिसमें पानी मिश्रण से अलग हो जाता है) और संपीडन सामर्थ्य में कमी जैसी समस्याएं हो सकती हैं। इसके विपरीत, अपर्याप्त पानी कार्यशीलता को कम कर सकता है, जिससे सीमेंट मिश्रण को संभालना कठिन हो जाता है और कमज़ोर उत्पाद बनते हैं।
प्रोब प्रकार के सोनिकेटर कैसे काम करते हैं?
प्रोब प्रकार के सोनिकेटर अल्ट्रासोनिक उपकरणों का एक विशिष्ट वर्ग हैं, जिन्हें सीमेंट सहित विभिन्न निलंबनों में कणों के परिक्षेपण और विगुच्छन के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये उपकरण एक प्रोब या हॉर्न का उपयोग करते हैं, जो सीधे माध्यम में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्सर्जित करता है और कैविटेशन बुलबुले बनाता है। ये बुलबुले उच्च ऊर्जा के साथ भीतर की ओर ढहते हैं, जिससे कणों का विगुच्छन होता है।
प्रोब प्रकार के सोनिकेटर आम तौर पर 20 से 30kHz की सीमा में अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करके काम करते हैं। प्रोब, जिसे सोनोट्रोड भी कहा जाता है, टाइटेनियम जैसी सामग्रियों से बनी एक छड़ होती है, जिसे सीमेंट स्लरी में डुबोया जाता है। सक्रिय किए जाने पर, प्रोब अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों पर कंपन करती है और तीव्र ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करती है। इस कैविटेशन में स्लरी के भीतर सूक्ष्म बुलबुले बनते हैं और प्रबल रूप से ढहते हैं, जिससे शक्तिशाली अपरूपण बल तथा आघात तरंगें उत्पन्न होती हैं। ये बल गुच्छित कणों को अलग करते हैं और एकसमान परिक्षेपण को बढ़ावा देते हैं।
Hielscher Ultrasonics उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र का निर्माण प्रयोगशाला से लेकर औद्योगिक आकार तक करता है।

