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• Jozuel Arcadio Alvarado Rodríguez

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATECAS INGENIERIA ELECTROMECANICA

DISEÑO Y ELEMENTOS DE MAQUINAS “Título del Trabajo” Tornillos y sujetadores Que presenta: “Nombre del Alumno” JOSE DE JESUS HERRERA HERRERA Director del proyecto: “Nombre del Docente” MC. NOE PEREZ ORTIZ Zacatecas, Zac a 24/11/2014 INTRODUCCION

Los tornillos y los pernos son sujetadores con roscas externas. Hay una diferencia técnica entre un tornillo y un perno, que con frecuencia se confunde en el su uso popular. Un tornillo es un sujetador con rosca externa que, por lo general, se ensambla en un orificio roscado ciego. Un perno es un sujetador con rosca externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una tuerca en el lado opuesto. Por ptra parte La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión,

PROCESOS DE ENSAMBLE ENSAMBLE MECÁNICO El ensamble mecánico implica el uso de diferentes métodos de sujeción para sostener juntas en forma mecánica dos (o más) partes. En la mayoría de los casos, los métodos de sujeción implican el uso de componentes de equipo separados (sujetadores), que se agregan a las partes durante el ensamblado. Muchos productos se ensamblan principalmente (Casi exclusivamente) mediante métodos de sujeción mecánica: Automóviles, Aparatos Eléctricos de diversos tamaños, teléfonos, muebles, utensilios e incluso vestidos y aparatos industriales. Los métodos de sujeción mecánica se dividen en dos clases principales: 1. Permiten Desensamble. Sujetadores roscados (Pernos, Tornillos y Tuercas). 2.

Unión Permanente (Remaches).

Hay razones muy buenas, que motivan a usar el ensamble mecánico sobre otros procesos de unión, las principales son: -

Facilidad de Ensamble.

Facilidad de Desensamble (Para aquellos métodos de sujeción que lo permiten). En general, este tipo de ensamble es realizado con relativa facilidad, y no requiere una gran cantidad de capacitación para los usuarios, usando un mínimo de herramientas especiales y en un tiempo relativamente breve.

La tecnología es simple y los resultados se inspeccionan con facilidad. Los productos que son demasiado grandes y pesados para transportarse completamente armados pueden enviarse en subensambles más pequeños y armarse en instalaciones adecuadas. Permite un mantenimiento gradual y/o reparación al ensamble completo, mediante desensambles periódicos, al contrario de las soldaduras.

SUJETADORES ROSCADOS. Representan la categoría más importante del ensamble mecánico. Son todos aquellos componentes separados del equipo que tienen roscas externas o internas para el ensamble de partes. Generalmente permiten el desensamble. Se producen mediante formado en frio. Aunque algunos son maquinados, este proceso es más costoso para la elaboración de roscas. Son manufacturados a partir del acero (Bajo-Medio Carbono, Aleaciones), debido a su buena resistencia y bajo costo. Por lo general, este tipo de sujetadores se niquelan o recubren para aumentar su resistencia a la corrosión. Los tipos de recubrimientos más utilizados son los de Níquel, Cromo, Zinc, y Óxido Negro. Aunque es posible utilizar otros materiales como Aceros Inoxidables, Aleaciones de Aluminio-Níquel y Plásticos (Estos últimos, solo para aplicaciones de baja tensión). -

Tornillos. Sujetadores con roscas externas. Por lo general se ensambla en un orificio roscado ciego. Pernos. Sujetador con rosca externa que se inserta a través de orificios en las partes y se asegura con una tuerca en el lado opuesto. Tuercas. Sujetador con rosca interna que coincide con la de perno del mismo diámetro, paso y forma de rosca.

Los tornillos se fabrican en mayor variedad y configuraciones que los pernos, dado que sus funciones son más variadas. a) Tornillos para Máquina. De tipo general, diseñados para ensamble en huecos roscados. Pueden ensamblarse a tuercas, y en uso coincidirían con los pernos. b) Tornillos de Cabeza. Con la misma geometría de los tornillos de máquina, pero están hechos de metales con mayor resistencia y tolerancias más estrechas. c) Tornillos Prisioneros. Están endurecidos y diseñados para funciones de ensamble tales como collarines de sujeción[1], engranes y poleas para ejes. Se fabrica en diversas geometrías. d) Tornillos Autorroscantes. Está diseñado para formar o cortar las roscas en un orificio que ya existe, dentro del cual se hace girar. [1] Utilizados como topes mecánicos, abrazaderas, mazas divididas, superficies de apoyo y como medio de posicionamiento.

OTROS SUJETADORES ROSCADOS Y EQUIPOS. a) Pernos sin Cabeza (Espárragos). Es un sujetador con rosca externa, a excepción que no posee la cabeza normal que posee un perno. Se utiliza para ensamblar dos partes mediante una tuerca. Están disponibles con roscas en un extremo o en ambos. b) Insertos con Tornillos de Rosca. Pernos sin cabeza con rosca interna o rollos de alambre hechos para insertarse en un orificio sin rosca y para aceptar un sujetador con rosca externa. Se ensamblan en materiales más débiles (Plástico, madera y metales ligeros, como el magnesio) para proporcionar roscar fuertes. Tras el subsecuente ensamble del tornillo dentro del inserto, el cañón del inserto se expande hacia los lados del orificio, asegurando el ensamble. c) Sujetadores Roscados Prisioneros. Sujetadores con rosca que se han preensamblado permanentemente a una de las partes que se van a unir. Esto da pie a la soldadura por fusión, soldadura fuerte, al ajuste de prensa o el formado en frío. d) Arandelas. Componente de equipo que se usa con frecuencia en sujetadores roscados para asegurar la firmeza de la unión mecánica. Es términos sencillos, es un anillo delgado plano de chapa de metal.

Tiene varias funciones. 1. Distribuir las tensiones que se concentrarían en la cabeza del perno o tornillo/tuerca. 2. Proporciona apoyo para orificios de separación grandes en partes ensambladas 3. Aumenta la presión. 4. Protege las superficies de las partes. 5. Sella la unión. 6. Resiste el aflojamiento inadvertido.

Si la fuerza aplicada, supera la resistencia, una falla puede ocurrir en alguna de las siguientes formas: 1. 2. 3.

Desgaste de las roscas externas (Perno o Tornillo). Desgaste de las roscas internas (Tuerca). Ruptura del perno debido a la tensión excesiva en la sección transversal.

El buen funcionamiento de un sujetador roscado depende en gran parte de la cantidad de torque aplicado para apretarlo. Una vez que el perno, tornillo o tuerza son rotados, hasta que se asienta contra la superficie de la parte, la presión adicional aumentará la cantidad de tensión en el sujetador y de comprensión en las partes unidas. Entre mayor sea el torque, será posible resistir la presión de tensión.

REMACHES Es una punta con cabeza sin rosca que se usa para unir dos o más partes. La operación de deformación se ejecuta en caliente o en frío, y utiliza un martilleo o presión constante. Una vez colocado, no puede removerse, a menos que una de las cabezas se rompa (Permanente - Semipermanente). Son sujetadores que se utilizan ampliamente para obtener una unión permanente sujetada en forma mecánica. Ofrece altas velocidades de producción, simplicidad, confiabilidad y bajo costo. A pesar de estas aparentes ventajas, su aplicación ha declinado en tiempos recientes, cediendo terreno a los sujetadores roscados, la soldadura y el pegado. La aplicación principal de los remaches es en la industria aeronáutica y aeroespacial para unir el fuselaje y partes estructurales. Tenemos 5 tipos de remaches básicos: Solido, Tubular, Semitubular, Bifurcado y de Compresión.Son usados para uniones sobrepuestas, aunque si el orificio es demasiado pequeño, será difícil introducir el remache. Si el orificio es muy grande, el remache no abarcara el volumen y podría doblarse durante el proceso. Herramientas y Métodos de Aplicación de Remache. 1. Por impacto. Un martillo neumático realiza golpes sucesivos para recalcar el remache. 2. De compresión uniforme. Una remachadora proporciona presión constante para recalcar el remache. 3. Combinación de Impacto y Compresión. Casi todo el equipo usado para aplicar remaches es portátil y de operación manual, y actualmente existen máquinas automáticas que taladran (preparan el orificio) y remachan (Insertan y Recalcan). Ojetes (Ojillos). Son sujetadores tubulares de paredes delgadas con un reborde en un extremo, y generalmente están hechos de chapas metálicas. Son usadas para producir una unión empalmada permanente entre dos (o más) partes planas. Son sustituidos con remaches en aplicaciones de bajos requerimientos de tensión para ahorrar material y costos.

AJUSTES DE INTERFERENCIA. Hay varios métodos de ensamble que se basan en la interferencia mecánica entre dos partes coincidentes que se van a unir. La interferencia es lo que mantiene juntas dichas partes. a) Ajuste con Prensa

Es aquel donde los componentes tienen un dispositivo de ajuste por interferencia entre ellos. El caso típico es cuando una chaveta (Cilíndrica Recta) se presiona dentro de un orificio de diámetro ligeramente menor. Aplicaciones: Ensamble de collarines, Engranes, Poleas y Componentes Similares en Ejes. b) Ajuste por Contracción y por Expansión Estos ajustes hacen referencia al ensamble de dos partes que tienen un ajuste por interferencia a temperatura ambiente. (Ejemplo: Chaveta). -

Contracción. Calienta la superficie para agrandarla, mientras la interna permanece a temperatura ambiente o es enfriada para contraer su tamaño. Se ensamblan las piezas, y se devuelve a temperatura ambiente, y la parte externa se encoja y la parte externa se expanda para formar un sólido ajuste por interferencia. Expansión: Solo la parte interna se enfría y se contrae para un ensamble; una vez insertado la interferencia, se calienta a temperatura ambiente, expandiendo el elemento para crear el ensamble por interferencia. Aplicaciones: Engranes, poleas, mangas y componentes dentro de ejes sólidos y huecos. c) Ajustes de Agarre Automático y Anillos de Retención.

Los ajustes de agarre automático son una modificación de los ajustes por interferencia. Este implica la unión de dos partes, en las cuales los elementos que coinciden poseen la interferencia temporal mientras se oprimen juntos, pero una vez ensamblados se entrelazan para conservar el ensamble. Ventajas: 1. 2.

Las partes pueden diseñarse con características de autoalineación. No se requieren herramientas especiales.

3.

El ensamble se consigue con mucha rapidez.

Un anillo de retención (de Mordaza) es un sujetador que se agarra a presión dentro de un surco que forma una circunferencia sobre un eje o tubo para establecer un hombro. Están hechos de láminas metálicas o de alambres sometidos a tratamiento térmico para obtener dureza y rigidez. Para aplicaciones externas - Se nombra Eje. Para aplicaciones internas - Se nombra Barreno. d) Otros Métodos de Ajuste por Interferencia. Además de las técnicas de ajuste mencionadas con anterioridad, se tienen métodos adicionales que implican el uso de sujetadores: Puntillado, Engrapado y Cosido. El puntillado y engrapado industriales son operaciones similares que utilizan sujetadores metálicos en forma de U. El puntillado una máquina que produce (individualmente) las puntillas en forma de U de alambre de acero y de forma inmediata las inserta a través de las dos partes que se van a unir. Aplicaciones: Ensamble de chapas metálicas ligeras, bisagras metálicas, conexiones eléctricas, encuadernación de revistas, de cartón corrugado y empaque final de productos. En el engrapado se clavan grapas en forma de U a través de las dos partes que se unirán. Las grapas se proporcionan en tiras convenientes. Por lo general, las grapas se aplican mediante pistolas neumáticas portátiles con cientos de tiras de grapas. Aplicaciones: Muebles, Tapicería, Ensamble de asientos de automóviles. El Cosido es un método de unión común para partes suaves y flexibles tales como telas y piel. Implica el uso de un cordón o hilo largo entrelazado con las partes para producir una costura continua entre ellas. Aplicación: Ensamble de Ropas. Chavetas de Doble Punta. Son sujetadores formados de alambre con una mitad redonda en una chaveta única de dos cañas. Estas cañas o puntas se insertan en los huecos de las partes

que coindicen y sus extremidades se separan para fijar el ensamble. Aplicaciones: Asegurar partes en ejes.

SOLDADURA La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de

contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión.

La soldadura es un proceso relativamente nuevo, su importancia comercial y tecnológica se deriva de los siguiente: 1. La soldadura proporciona unión permanente 2. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales. 3. En general, la soldadura es una forma más económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación. 4. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo.

Tipos de Soldadura Soldadura por fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a la unión soldada.

Soldadura de estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Algunos procesos representativos de este proceso son: ·

Soldadura por difusión, las partes se colocan juntas bajo presión a una temperatura elevada.

Este proceso se lleva a cabo en tres procedimientos: 1 Hace que las dos superficies se suelden a alta temperatura y presión, aplanando las superficies de contacto, fragmentando las impurezas y produciendo un área grande de contacto de átomo con átomo. 2 Una vez obtenidas las superficies lo suficientemente comprimidas a temperaturas altas, los átomos se difunden a través de los límites del grano, este paso suele suceder con mucha rapidez aislando los huecos producidos por la difusión en los límites del grano.

·

Soldadura por fricción, es un proceso similar al de difusión, solo que la temperatura se obtiene al friccionar las partes a unir.

El principio de funcionamiento consiste en que la pieza de revolución gira en un movimiento de rotación fijo o variable alrededor de su eje longitudinal y se asienta sobre la otra pieza. Cuando la cantidad de calor producida por rozamiento es suficiente para llevar las piezas a la temperatura de soldadura, se detiene bruscamente el movimiento, y se ejerce un empuje el cual produce la soldadura por interpenetración granular. En ese momento se produce un exceso de material que se podrá eliminar fácilmente con una herramienta de corte, ya que todavía se encontrará en estado plástico.[cita requerida]

·

Soldadura ultrasónica – se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las partes. Durante la soldadura ultrasónica de metales, ocurre un proceso complejo que sufre de activa participación de las fuerzas estáticas, fuerzas de cizallamiento oscilante y un aumento de la temperatura moderada en el área de soldadura. La magnitud de estos factores depende del grosor de las piezas, su estructura de superficie, y sus propiedades mecánicas.

La Unión por Soladura La soldadura produce una conexión sólida entre dos partes denominada unión por soldadura, así es como se denomina a este contacto de los bordes o superficies de las partes que han sido unidas.

Tipos de uniones (a) Unión empalmada – en esta unión, las partes se encuentran en el mismo plano y unen sus bordes. (b) Unión de esquina – Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo. (c) Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos partes que se sobreponen (d) Unión T – Una parte es perpendicular a la otra cuando se unen (e) Unión de bordes – las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.

La soldadura por resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se obtiene mediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar

Existe otros tipos de soldadura como: Soldadura metálica con arco protegido

Soldadura metálica con arco eléctrico y gas

Soldadura con núcleo fundente

Soldadura electro gaseosa

Soldadura con arco sumergido

CLASIFICACION Y DESIGNACION DE ROSCAS

DEFINICIÓN DE ROSCA Una Rosca es una arista helicoidal de un tornillo (rosca exterior) o de una tuerca (rosca interior), de sección triangular, cuadrada etc. formada sobre un núcleo cilíndrico, cuyo diámetro y paso se hallan normalizados. Se denomina rosca al fileteado que presentan los tornillos y los elementos a los que éstos van roscados (tuercas o elementos fijos). Las roscas se caracterizan por su perfil y paso, además de su diámetro CLASIFICACIÓN DE LAS ROSCAS por su forma 1.1 Triangulares o agudas 1.2 Trapeciales 1.3 De sierra 1.4 Redondas 1.5 Cuadradas POR SU SENTIDO DE GIRO

POR EL NÚMERO DE ENTRADAS En la rosca de dos entradas, el avance es el doble. A=2p

POR LA POSICIÓN 1. Exteriores: • • • • •

Tornillos Espárragos Prisioneros Varillas roscadas Piezas con rosca exterior

2. Interiores: • • •

Tuercas Tapones, tapaderas… Agujeros roscados

¿POR QUÉ FUNCIONA UNA ROSCA? La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una rosca es la siguiente: Imagine que enrolla en un perno cilíndrico recto un triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la superficie del cilindro, esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos ELEMENTOS DE LAS ROSCAS

DESIGNACIÓN DE LAS ROSCAS • • • • •

Las roscas se designan según el sistema a que pertenecen y hay que distinguir si son: Ordinarias o finas De una o más entradas A derechas o a izquierdas Los sistemas más comunes son el sistema métrico o internacional y el sistema británico o Whitworth, Sellers, Gas, SAE, UNF, Etc.

TALLADO DE ROSCAS • Las roscas pueden fabricarse por medio de diferentes procesos de manufactura. El procedimiento seleccionado dependerá del número de piezas a fabricar, la exactitud exigida y la calidad de la superficie de la hélice. El tallado más común de roscas es por medio de: • a) y b) Machos y terrajas (manuales o de máquina) • c) Útiles de roscar en torno • d) Fresado • e) Roscado con abrasivos • f) Laminado • FORMAS DE TALLAR ROSCAS a) Roscas con machos b) Roscas con terrajas c) Roscas con útil de roscar d) Fresado de roscas e) Roscado con esmeril f) Laminado de roscas

MECANIZADO DE ROSCAS EN EL TORNO MEDIANTE CUCHILLA DE ROSCAR

TORNILOOS DE POTENCIA Los tornillos de transmisión de potencia sirven para transformar movimientos de rotación en desplazamientos lineales, transmitiendo fuerza LOS TORNILLOS DE POTENCIA NOS OFRESEN VENTAJAS COMO: obter ventaja mecanica mayor con el objeto ejercer fuerzas de garn magnitud obtiener un posicionamiento preciso de un movimiento axial

ESTOS TORNILLOS SE EMPLEAN EN: ðprensas ðgatos ðhusillos de tornos LOS PARÁMETROS QUE DEFINEN EL TORNILLO SON: diámetro medio paso ángulo de la hélice coeficiente de fricción TIPO DE ROSCAS Rosca cuadrada: en cuanto a fricción por deslizamiento presenta una buena eficiencia, pero baja ventaja mecánica y difícil de maquinar. Elevado coste. Rosca ACME: utilizada en las máquinas-herramienta. Rosca trapezoidal: es más sencilla de maquinar y a menor coste que las roscas cuadradas. Diseñada para resistir cargas en una dirección. Rosca cuadrada modificada: mayor facilidad de maquinado y misma eficiencia a la rosca cuadrada. Rosca ACME truncada: cuando se requiere paso grande con rosca poco profunda debido a algún tipo de tratamiento térmico. Para roscas cuadradas

Rosca Acme. Ha reemplazado generalmente a la rosca de filete truncado. Es más resistente, más fácil de tallar y permite el empleo de una tuerca partida o de desembrague que no puede ser utilizada con una rosca de filete cuadrado. Rosca Trapezoidal Este tipo de rosca se utiliza para dirigir la fuerza en una dirección. Se emplea en gatos y cerrojos de cañones. La designación de las roscas se hace por medio de su letra representativa e indicando la dimensión del diámetro exterior y el paso. Este último se indica directamente en milímetros para la rosca métrica, mientras que en la rosca unificada y Witworth se indica a través de la cantidad de hilos existentes dentro de una pulgada.

Rosca Acme Truncado. La rosca Acme de filete truncado es resistente y adecuada para las aplicaciones de transmisión de f uerza en que las limitaciones de espacio la hacen conveniente

JUNTAS DE EMPAQUETADURA Se denomina junta mécanica, junta de estanqueidad o empaquetadura a unos componentes de material adaptable que sirve para sellar bien la unión de las caras mecanizadas y genéricamente en cualquier elemento hidráulico y/o neumático o en la conduccion de cualquier otro fluido, solido o gas. Juntas pistón Junta pistón compuesta doble efecto Collarines labios asimétricos nitrilo Collarines labios asimétricos poliuretano Collarines trabajo exterior con anillo poliuretano Collarines trabajo exterior con guía poliuretano Pistón neumático e hidráulico baja presión Junta compuesta PTFE doble efecto ISP Junta compuesta PTFE simple efecto ISPS Junta pistón doble efecto (5 piezas) Junta pistón doble efecto (3 piezas) Junta compuesta poliuretano doble efecto Junta de PTFE aplicaciones estáticas o semi dinámicas interior Junta de PTFE aplicaciones estáticas o semidinámicas exterior Junta de simple efecto pistón Juntas vástago Junta compuesta PTFE doble efecto Junta compuesta PTFE simple efecto Empaquetaduras de angulares Collarín labio asimétrico poliuretano Collarín labios simétricos poliuretano con energizante Collarín semicompacto doble labio poliuretano Collarín labios simétricos poliuretano Collarín labios simétricos nitrilo Collarín labios asimétricos nitrilo Collarín macizo con y sin anillo de apoyo Junta de simple efecto vástago Rascadores Rascador PTFE doble labio Rascador PTFE simple labio Rascador doble efecto poliuretano Rascador doble efecto nitrilo Rascador nitrilo con escalón Rascador poliuretano con escalón

Rascador poliuretano con labio externo Rascador goma alma metálica Guías Bandas guía en diversos compuestos Anillos guía cilindro buzo Anillos guía resina fenólica Anillos guía de vástago y pistón resina acetal Anillos guía pistón resina acetal Anillos guía vástago resina acetal Juntas estáticas Anillos de apoyo poliuretano Anillos de apoyo teflón Anillos de apoyo nitrilo cóncavos Perfil OP Juntas tóricas y QUADRING Juntas QUADRING Cajas de tóricas Juntas tóricas Hilo tórico Juntas brida Junta estática montaje SAE Casquillos y cojinetes Rótulas y cabezas articulación Juntas Rotativas Junta de doble efecto vástago rotativa Junta de simple efecto vástago rotativa Junta de pistón rotativa

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CONCLUSION Hemos estudiado algunos de los tipos de procesos que existen para dar forma y/o acabados, a los materiales. Observamos que estos tipos de procesos facilitan el trabajo que anteriormente realizaba el hombre de forma manual, y ahora se tiene la gran ventaja de que mediante los procesos se ahorra tiempo, dinero, esfuerzo y además los materiales procesados salen con mayor exactitud ya que se pueden realizar tareas sobre ellos con medidas milimétricas lo que le podría causar trabajo al hombre si lo quisiera realizar de forma manual. En este trabajo fueron analizados cada uno de los procesos de ensamble y sus características, al igual que lo tipos de soldadura y las uniones que existen para cada una. También analizamos los adhesivos que existen y los métodos de aplicación de cada uno de ellos. Aprendimos todo lo relacionado con los tipos de ensamble y sus diseños al igual que sus funciones y aplicaciones que podríamos darles. Después de elaborar el presente trabajo se puede concluir que: La Rosca es elemento utilizado para control de fuerza. La rosca es quizá la parte más importante en los elementos de sujeción. Para la anotación de las roscas es muy importante la claridad de las notas. La representación simbólica es la más adecuada para realizar un trabajo claro.

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