PROCESOS DE MANUFACTURA
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SANCHEZ GALV GALVAN AN ADRIANA INES
REFRIGERANTES
Usos y tipos. Refrigerantes efrigerantes solubles solubles en agua. Problemática ambiental y mecania!o en seco.
Cortés Leyva Guadalupe Alejandra
INSTITUT" P"#ITE$NI$" NA$I"NA# ES$UE#A SUPERI"R %E INGENIERIA &E$ANI$A ' E#E$TRI$A UNI%A% TI$"&AN
$"NTENI%"(
Tabla T abla !e conteni!o conteni!o )USTIFI$A$I"N...... )USTIFI$A$I"N................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ........................... ................ * "b+eti,o general............... general......................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ......................* ............* "b+eti,os espec-cos............... espec-cos.......................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ............... ....* * INTR"%U$$I/N......... INTR"%U$$I/N................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................. * Alcance............. Alcance........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ................................................ ..................................... * &arco &arco te0rico.................. te0rico............................ ..................... ...................... ..................... ............................................ .................................. 1 %ESARR"##".......... %ESARR"##"..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... .............. ...2 2 Flui!os !e corte................. corte............................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .....................2 ...........2 "b+eti,os !el refrigerante(........ refrigerante(.................. ..................... ..................... .......................................... ................................ 3 Efecto !el refrigerante....... refrigerante................. ..................... ..................... ..................... ....................................... ............................ 4 TIPOS DE REFRIGERANTES...................................................................*5 $"&PARATI6A...............................................................................................*7 $"N$#USI"NES.... $"N$#USI"NES.............. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................... ......................... *8 9I9#I"GRAFIA....... 9I9#I"GRAFIA................. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................... ......................... *2
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)USTIFI$A$I"N Actualmente tanto en el ámbito laboral como en el escolar se mane+an acti,i!a!es y soluci0n !e problemas por competencias y la con!ici0n !e competente está básicamente en funci0n !el conocimiento. El siguiente traba+o preten!e contribuir a enri:uecer el conocimiento !el ;ingeniero en aeronáutica< con respecto a los procesos !e manufactura= espec-camente acerca !e los refrigerantes emplea!os en los procesos por arran:ue !e ,iruta. #a problemática plantea!a a continuaci0n gira en torno a los contaminantes e>istentes en estos ?ui!os y presenta una alternati,a amigable con el me!io ambiente@ refrigerantes solubles en agua. "b+eti,o general Pro,eer al alumno la informaci0n pertinente y necesaria acerca !e los refrigerantes emplea!os en los procesos !e ma:uina!o por arran:ue !e ,iruta. "b+eti,os espec-cos Para as- !ar a conocer la actual problemática genera!a por el gra!o !e contaminantes e>istentes en ellos y plantear alternati,as :ue generen menos poluci0n y :ue posiblemente generen una !isminuci0n !e los costos !e pro!ucci0n a largo plao. Igualmente se preten!e ampliar tanto los conocimientos !el alumno como su perspecti,a para resol,er problemáticas= incon,enientes e incluso implementar nue,as tcnicas referentes a la temática e>puesta. ' as- complementar la formaci0n !e profesionistas competentes y me+or informa!os. INTR"%U$$I/N El tema :ue se !esarrollará a continuaci0n es ;Refrigerantes<= sin embargo al referirnos a refrigerantes no preten!emos abarcar !e manera general to!os los refrigerantes +unto con to!as sus aplicaciones= en el !ocumento siguiente se Bablará !e los refrigerantes como ?ui!os !e traba+o en procesos !e manufactura. El traba+o consta !e tres temáticas me!ulares :ue actCan como espina !orsal otorgan!o consistencia= estructura y !e cierto mo!o ca!encia al te>to@ DRefrigerantes= !enici0n= tipos y aplicaciones. DDRefrigerantes solubles en agua= y DDD$omparati,a. Alcance #os alcances y profun!i!a! !e este traba+o son meramente !escripti,as= su preocupaci0n primor!ial ra!ica en enunciar *
caracter-sticas fun!amentales como !enici0n= utili!a! y aplicaciones !e los ya menciona!os refrigerantes y me!iante el uso !e criterios sistemáticos se preten!e poner !e maniesto la problemática ambiental !e,enga!a !el uso !e cierto tipo !e refrigerantes y componentes bien i!entica!os. Para nalmente !ar lugar a una bre,e !escripci0n !e opciones alternas :ue son capaces !e ofrecer los mismos resulta!os y promo,er as- una me+ora y soluci0n potencial !e la problemática estu!ia!a. &arco te0rico En el mecania!o por arran:ue !e ,iruta se eliminan troos !e material me!iante Berramientas con los perfectamente !eni!os. #os más Babituales son( Serra!o #ima!o Tala!ra!o Tornea!o Fresa!o 9rocBa!o Serra!o( Pue!e ser un proceso manual o realia!o me!iante má:uina Berramienta= pero el principio es el mismo( !esliar una Bo+a !e sierra Bacia a!elante y Bacia aba+o para realiar el corte !el material. • • • • • •
#ima!o( Es un proceso manual= la forma más antigua !e sacar ,iruta. Tiene poca capaci!a! !e arran:ue y se utilia para a+ustes= por lo :ue se precisa !e una mano !e obra bastante especialia!a. ay !iferentes tipos !e limas !epen!ien!o !el tamao !e los !ientes y !e la secci0n !e la lima.
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Tala!ra!o( Esta operaci0n consistente en realiar agu+eros circulares en una piea. Para ello se monta en la má:uina !e tala!rar una Berramienta llama!a broca= :ue gira para penetrar eliminan!o ,irutas !el material a tala!rar. Tornea!o( Es un proce!imiento para crear supercies !e re,oluci0n por arran:ue !e ,iruta. #lamamos supercies !e re,oluci0n a a:uellas en las :ue si Bacemos un corte por un plano perpen!icular a su e+e= la secci0n es circular. #a má:uina :ue se utilia para el tornea!o se !enomina torno. En esta má:uina= la piea tiene un mo,imiento circular o rotatorio y la Berramienta lineal. El tipo !e pieas :ue po!emos realiar combinan!o estos tres mo,imientos principales es muy ,aria!o en funci0n !el !iámetro= la longitu!= la comple+i!a! !e las formas a mecaniar= etc. En esta má:uina= la piea tiene un mo,imiento circular o rotatorio y la Berramienta lineal. El tipo !e pieas :ue po!emos realiar combinan!o estos tres mo,imientos principales es muy ,aria!o en funci0n !el !iámetro= la longitu!= la comple+i!a! !e las formas a mecaniar= etc. #a piea a mecaniar irá amarra!a me!iante un sistema !e +aci0n Hplato !e garras= pina= plato liso= y ten!rá mo,imiento rotatorio y la Berramienta !e corte irá +a!a a un soporte o torreta y se !esplaará en las !os !irecciones in!ica!as para proce!er al arran:ue !e material. J
A!emás el mo,imiento !e los e+es !el torno pue!e ser totalmente manual o semiautomático= o pue!e estar goberna!o por un $N$. Siguien!o estos principios e>isten !iferentes tipos !e tornos= :ue a su ,e pue!en ir pro,istos !e !iferentes accesorios. 6eremos los más frecuentes.
E+emplos !e pieas obteni!as por tornea!o(
Fresa!o( Es un proce!imiento consistente en el corte !el material con una Berramienta rotati,a :ue pue!e tener uno o ,arios los. %icBo corte !e material se realia combinan!o el giro !e la Berramienta con el !esplaamiento= bien sea !e la misma Berramienta o !e la piea a traba+ar. %epen!erá !el !iseo !e la má:uina :ue lo :ue se !esplace sea la Berramienta= la mesa= o combine el !esplaamiento !e ambos. %icBo !esplaamiento será en cual:uier !irecci0n !e los tres e+es posibles en los :ue se pue!e !esplaar la mesa= a la cual ,a +a!a la piea :ue se mecania.
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#a má:uina :ue se utilia se llama fresa!ora= con sus mCltiples opciones y ,ariantes. Al !isponer !e un mo,imiento más= las pieas :ue se realian en fresa!ora son mucBo más ,aria!as y pue!en ser !e mayor comple+i!a! respecto a las !el torno. Una fresa!ora es por tanto una má:uina !ota!a !e una Berramienta !e corte +a!a al cabeal y pro,ista !e mo,imiento lineal en tres !irecciones HK L ' L M. #a piea irá +a!a a la mesa por el proce!imiento !e +aci0n :ue se eli+a= y el !esplaamiento en estas J !irecciones es lo :ue se !enomina los e+es !e la má:uina H!e aB- fresa!ora !e J e+es. $uan!o una fresa!ora !e control numrico !ispone !e cambio automático !e Berramientas= se llama centro !e mecania!o. E+emplos !e pieas realia!as en la fresa!ora(
#as fresa!oras se pue!en clasicar !e !iferentes formas( segCn la conguraci0n !e sus !iferentes partes m0,iles= segCn su nCmero !e e+es= segCn la orientaci0n !el cabeal principal H!on!e ,a +a!a la Berramienta !e corte= .... %epen!ien!o !e la conguraci0n !e sus partes m0,iles Bablar-amos !e fresa!oras !e mesa +a y columna m0,il= !e banca!a +a y mesa m0,il= fresa!ora puente o p0rtico= etc. %epen!ien!o !el nCmero !e e+es= opcionalmente pue!e tener 7= 8 o en casos muy especiales más e+es. Normalmente los e+es a!icionales son e+es rotati,os.
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%epen!ien!o !e la orientaci0n !el cabeal principal ten!r-amos una fresa!ora ,ertical u Boriontal. 9rocBa!o( El brocBa!o consiste en pasar una Berramienta rectil-nea !e los mCltiples= llama!a brocBa= sobre la supercie a tallar en la piea= ya sea e>terior o interior= para !arle una forma !etermina!a. El brocBa!o se realia normalmente !e una sola pasa!a me!iante el a,ance continuo !e la brocBa= la cual retroce!e a su punto !e parti!a !espus !e completar su recorri!o. #a brocBa traba+a por arran:ue progresi,o !e material me!iante el escalonamiento racional !e los !ientes= !etermina!o por la forma c0nica !e la Berramienta. #a forma !e la Berramienta permite obtener formas :ue por otro proce!imiento ser-an muy costosas o imposibles.
El mo,imiento !e corte H$ lo pro!uce la brocBa al a,anar= mientras la piea está +a@ la profun!i!a! !e pasa!a HP la proporciona la propia Berramienta.
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#a brocBa!ora es una má:uina relati,amente mo!erna y se emplea en series largas ya :ue la brocBa es una Berramienta cara. E+emplos !e pieas con operaciones !e brocBa!o.
%ESARR"##" Flui!os !e corte 3
#os ?ui!os !e corte se utilian en la mayor-a !e las operaciones !e mecania!o por arran:ue !e ,iruta. Estos ?ui!os= generalmente en forma l-:ui!a= se aplican sobre la ona !e formaci0n !e la ,iruta= para lo :ue se utilian aceites= emulsiones y soluciones. #a mayor-a !e ellos se encuentran formula!os en base a un aceite !e base mineral= ,egetal o sinttico= sien!o el primero el más utilia!o= pu!ien!o lle,ar ,arios a!iti,os Hantiespumantes= a!iti,os e>trema presi0n= antio>i!antes= bioci!as= solubilia!ores= inBibi!ores !e corrosi0n.... #os principales tipos !e ?ui!os !e corte mecania!o son #os aceite -ntegros. #as emulsiones oleosas. #as soluciones semiOsintticas. #as soluciones sintticas. • • • •
"b+eti,os !el refrigerante( *. Enfriamiento El calor genera!o !urante el mecania!o se !ebe al impacto !el lo con la piea !e traba+o y el roce con las ,irutas sobre la supercie !el inserto. Generalmente= Basta un 45 !el calor genera!o !urante el mecania!o es remo,i!o +unto con las ,irutas. El 15 restante= permanece en el lo. Porcenta+es !e calor El calor genera!o !urante el mecania!o sua,ia el lo y acelera el !esgaste= o causa cambios en las !imensiones !e la piea !e traba+o !ebi!o a la e>pansi0n trmica. Al aplicar refrigerante= se e,ita :ue el calor se concentre en la Berramienta y la piea !e traba+o !ebi!o a la acci0n !e refrigerante. Esto resulta e una prolongaci0n !e la !urabili!a! !e la Berramienta y su e>actitu!. En el corte !e placas largas y !elga!as= las mismas suelen !eformarse !ebi!o al calor pro!uci!o= a ,eces se realia este tipo !e mecania!o en un tan:ue lleno !e refrigerante. 4
1. #ubricaci0n Si las ,irutas genera!as se !eslian por la supercie !el la!o principal= entonces problemas tales como !eformaci0n !el lo y sol!a!uras pue!en ser elimina!os y la !urabili!a! pue!e ser prolonga!a. A!emás= la e>actitu! !imensional !e la piea mecania!a es estabilia!a. Al aplicar refrigerante= se generará una pel-cula !e lubricaci0n entre las ,irutas y el lo. Esta pel-cula permite :ue las ,irutas se !eslicen por la supercie !e la Berramienta con facili!a!= protegien!o el lo. J. Inltraci0n El refrigerante se inltra= se escurre= entre el lo !e la Berramienta= sus la!os y la piea !e traba+o. Esta acci0n pro!uce refrigeraci0n y lubrici!a!. 7. %espe+e Se reere a acci0n !e !espe+e cuan!o la fuera o presi0n !el refrigerante es utilia!a para !irigir f-sicamente o e,acuar las ,irutas a me!i!a :ue se generan. $uan!o se realia perfora!o utilian!o brocas ca0n= los refrigerantes utilia!os necesitan tener un ni,el !e ,iscosi!a! mo!era!o.
Q
Efecto !el refrigerante *. &ecania!o continuo Se !ice :ue el mecania!o en BCme!o incrementa la !urabili!a! !e la Berramienta 1.8 ,eces a comparaci0n con el mecania!o en seco. Esto se !ebe al efecto !el refrigerante= :ue re!uce la temperatura !el lo y pre,iene :ue se re!uca la !urea !el material !e la Berramienta. El refrigerante tambin e,ita :ue se pro!ucan sol!a!uras gracias a su lubrici!a!. 1. &ecania!o interrumpi!o %urante el mecania!o en BCme!o con interrupciones= pue!en pro!ucirse rupturas trmicas ya :ue el lo !e la Berramienta es e>puesto a sBocs trmicos. Por esto se entien!o cuan!o la temperatura !el lo se incrementa rápi!amente mientras mecania y !isminuye abruptamente cuan!o la Berramienta sale !e la piea !e traba+o. El fresa!o es un mecania!o interrumpi!o= y el mecania!o en BCme!o pue!e causar cBo:ues trmicos. Mean!"ado de #ater!ales de d!$%!l orte
$uan!o se mecania materiales !e !if-cil corte tales como el acero ino>i!able= acero resistente al calor= sCperaleaci0n con base !e Ni y aleaci0n !e Ti= es necesario un refrigerante Hsoluble al agua para pre,enri astillamiento y fracturas aCn en mecania!o interrumpi!o. En este caso= para pre,enir cBo:ues trmicos= una gran canti!a! !e refrigerante !ebe ser utilia!o. Per$orado
$on respecto al perfora!o= !on!e to!o el mecania!o es realia!o en un agu+ero= se re:uiere refrigerante para !escargar las ,irutas y enfriar y lubricar el lo. HRefrigeraci0n interna $omo otros mo!os !e mecania!o= Bay !os mo!os !e refrigeraci0n en el perfora!o= refrigeraci0n e>terna e interna.
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TIPOS DE REFRIGERANTES
ay refrigerantes solubles al agua y no solubles al agua. #os refrigerante no solubles tienen un efecto !e lubricaci0n y los solubles al agua tienen un efecto !e enfriamiento. Re$r!&erantes no solu'les al a&ua
#os mismos incluyen lo siguiente( L Aceite mineral Haceite !e má:uina L Aceite grasoso Haceite !e so+a= semillas !e cola L Aceite mi>to Haceite mineral 8J5 grasa y aceite L Aceite !e presi0n e>trema HAceite mineral a!iti,os !e presi0n e>trema #os refrigerantes no solubles al agua no son a!ecua!os para el mecania!o !e alta ,eloci!a! !ebi!o a problemas ambientales tales **
como Bumo y regulaci0n !e encen!i!o. Por ello= los refrigerantes no solubles al agua son utilia!os para escaria!o= fresa!o y !esbaste@ !on!e las ,eloci!a!es !e corte son relati,amente ba+as. Para el perfora!o !e agu+eros profun!os con brocas ca0n= los cuales re:uieren una ,iscosi!a! mo!era!a como efecto !e lubricaci0n y e,acuaci0n !e ,irutas= son utilia!os refrigerantes no solubles al agua. Re$r!&erantes solu'les al a&ua
El refrigerante soluble al agua utilian un agente supercial acti,o para meclar un refrigerante con base aceitosa con agua. A!emás !e minerales y aceite= pue!en incluirse a!iti,os !e presi0n e>trema= anti o>i!antes= antispticos y antiespuma. #as tala!rinas= un pro!ucto :ue pertenece al grupo !e los ?ui!os !e corte y mecania!o= se aplican al contacto pieaBerramienta para me+orar la operaci0n en la :ue participan= esto es= para lograr un me+or acaba!o supercial= una pro!ucci0n más ele,a!a y una ,i!a más larga !e la Berramienta o la instalaci0n. #as tala!rinas= como to!os los ?ui!os !e mecania!o= se emplean básicamente en la transformaci0n !el metal y en menor me!i!a en la !el ,i!rio. #as funciones principales !e los ?ui!os utilia!os en la fabricaci0n !e pieas metálicas son( L #a lubricaci0n= con ob+eto !e prolongar la ,i!a !e las Berramientas y re!ucir la energ-a !e fricci0n. L #a refrigeraci0n= con el n !e e,itar un sobrecalentamiento !e las pieas y Berramienta.
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E#uls!(n
El "leum está BecBo al agregar una pe:uea canti!a! !e emulsica!or= antisptico y otros componente !el aceite mineral. Si se mecla con agua= la emulsi0n se torna blanca. Este tipo !e refrigerante es utilia!o principalmente en tornea!o y fresa!o. Corte en seo
El corte en seco fue inspira!o por una pol-tica ambiental alemana. 'a :ue el mecania!o en seco benecia al usuario y al ambiente= Bay
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una ten!encia a creer :ue el uso !e refrigerantes en má:uinas será proBibi!o en un futuro cercano. Costos de los re$r!&erantes
El siguiente gráco muestra el porcenta+e !e costo !e refrigerante !el fabricante !e la má:uina. El refrigerante pue!e llegar a abarcar un costo !el *2 !el total. Esto !emuestra :ue= en ocasiones= el costo !el refrigerante pue!e llegar a ser cuatro ,eces mayor al costo !e la Berramienta. #os costos !e los refrigerantes Hcompra= mantenimiento= recicla+e son muy altos. A continuaci0n Bay un !esglose !e los costos !el refrigerante. El gráco !e barras muestra los costos !e refrigerantes !e un fabricante !e automotores. En notable :ue los costos !e in,entario y mane+o suman un poco más !el 25 !el costo total. Si el uso !e refrigerante es ine,itable= será necesario re!ucir el consumo !el mismo= parar !e !esecBar y promo,er el recicla+e con la meta !e re!ucir el costo en refrigerantes.
S!tua!(n atual del #ean!"ado en seo
asta aBora= Ban si!o e>plica!os los efectos !el refrigerante= in?uencia en el me!ioambiente= los problemas !e costo fueron !etalla!os. Para realiar un mecania!o en seco total= es necesario perfeccionar ,arios aspectos !e los mismos. $omo paso !e apro>imamiento al mecania!o en seco !el futuro= los siguientes mto!os !e mecania!o en seco están sien!o !esarrolla!os. Mean!"ado on a!re $r%o
El mecania!o con aire fr-o es un mto!o en el cual se utilia aire fr-o en ,e !e l-:ui!o refrigerante. Simplemente enfr-a la Berramienta y la piea !e traba+o. #os efectos no son tan buenos como con el l-:ui!o refrigerante= pero su uso es posible. Sin embargo= Bay un problema !urante el mecania!o !e un agu+ero= es fácil en,iar aire fr-o a una Berramienta en tornea!o y fresa!o por:ue stas se encuentran en un espacio abierto.
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M)L
El &# H#ubricaci0n !e $anti!a! &-nima es un mto!o en el cual una canti!a! limita!a !e refrigerante es utilia!a !urante cierto per-o!o !e tiempo. Generalmente Bablan!o= la canti!a! es !e J5cc !e refrigerante en 4 Boras continuas. En el punto !e ,ista ambiental= el mo!o &# tiene mucBo para ofrecer. Apl!a!(n de re$r!&erante por n!e'la
En este mto!o el refrigerante es suspen!i!o como niebla en el aire= y luego aplica!o al lo !e la Berramienta. Este mto!o pue!e ser utilia!o efecti,amente en perfora!o. Corte en seo total
&to!o en !on!e no se utilia refrigerante en lo absoluto. Ae!te ve&etal
Si toma en consi!eraci0n la contaminaci0n ambiental= será me+or utiliar aceite ,egetal. Pero el aceite ,egetal tiene la !es,enta+a !e o>i!arse rápi!amente. Si esta !es,enta+a pue!e ser perfecciona!a= entonces el aceite ,egetal ser-a un refrigerante muy promete!or.
$"&PARATI6A
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$"N$#USI"NES #os actuales procesos !e mecania!o no ser-an posibles sin la utiliaci0n !e los lubricantes= refrigerantes y tala!rinas= su importancia es tal :ue se pue!en comparar con las Berramientas o los parámetros !e corte= el uso correcto !e estos ?ui!os !etermina la pro!ucti,i!a! y eciencia !el ma:uina!o= as- como la seguri!a! !el operario. El ?ui!o !e corte es tan importante como el recubrimiento o la geometr-a !el inserto. Una elecci0n incorrecta !el refrigerante pue!e Bacer :ue la ,iruta no se e,acue bien= o :ue la temperatura en el punto !e traba+o supere la re:ueri!a para el proceso= lo :ue pue!e afectar las pieas. Igualmente= el mantenimiento y !isposici0n !eciente !e este insumo genera !esper!icios y pr!i!as !e !inero= aumento !e costos !e pro!ucci0n= a la par :ue !isminuye la competiti,i!a! !el taller. Sin mencionar= los riesgos inBerentes para la salu! !e los operarios y el impacto para el me!ioambiente. El uso a ni,el in!ustrial !e gran!es canti!a!es !e ?ui!os !e corte trae consigo una problemática ambiental= como soluci0n a esta problemática se encuentran los refrigerantes solubles en agua *3
Hsiempre y cuan!o no se reutilice más ,eces !e las :ue permite su ,i!a Ctil y las ,ariantes actuales :ue aspiran al mecania!o en seco. 9I9#I"GRAFIA tt(VVWWW.palosprocesos!efabricacionVconformacionpor mecania!oVmecania!oporarran:ue!e,irutaVreferencemanualall pages.p!f UR# !el art-culo( Bttp(VVWWW.e+emplo!e.comV*JcienciaV3J7 e+emploX!eX+usticacion.Btml Bttp(VVWWW.metalactual.comVre,istaVJ*VinsumosX?ui!os.p!f Bttp(VVWWW1.me!ioambiente.go,.arVciplycsV!ocumentosVarcBi,osVArcBi ,oX**8.p!f Bttps(VVpyrosisproyect.Wor!press.comV15**V5QV5QVrefrigerantesV )Bair &eneses. Ingeniero &ecánico. Uni,ersi!a! Nacional !e $olombia. )Bmeneses718Y gmail.com Tecnolog-a !e Flui!os para el &a:uina!o y Tratamiento supercial !e &etales. #uis &orales. Ing. !e Aplicaciones. TritecB $astrol. Actuali!a! !e los Flui!os $orte en 9ogotá. Re,ista Fabricar.
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