BOMBA DE LODO.docx

8/10/2019 BOMBA DE LODO.docx

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BOMBA DE LODO

Principales caractersticas.

Unidad principal del sistema circulatorio del fluido de perforacin y/o decontrol en la perforacin o mantenimiento de un pozo petrolero. La bomba

esta seccionada en dos partes: mecnica e hidrulica. La parte hidrulica le

corresponde darle mantenimiento y cambio de elementos de desgaste a la

cuadrilla de operacin y la mecnica al personal de mantenimiento, sin

embargo ambas partes son accionadas al aplicarle potencia un motor de

combustin interna o un motor elctrico.

Con la finalidad de alcanzar la presin y el volumen de acuerdo a la

hidrulica del diseo del pozo, las bombas que son reciprocantes, de dos o

tres pistones, pueden operarse con diferentes dimetros de camisa y pistn.

Utilizando una misma bomba, camisas de mayor dimetro se obtiene mayor

volumen a baja presin; de lo contrario, con camisas de menor dimetro se

logra menor volumen y alta presin. En ambos casos a las mismas

emboladas por minuto.


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Parte mecnica

Se componen de una caja de engranes en donde se encuentra alojada laflecha con el pin, el cigeal, las bielas, crucetas, deflectores,

rodamientos, sellos y el volante instalado en la parte exterior de la caja de

engranes. Esta caja de engranes sirve a su vez, como recipiente del aceite

que lubrica todas las partes ya sea por presin, o por medio de una bomba

de lubricacin.

El extremo de potencia de la bomba es donde est instalado el propulsor, su

funcin es convertir el movimiento rotatorio de la mquina motriz, en

movimiento alternativo en el extremo para el lquido. El componente principal

del extremo de potencia es el bastidor que soporta todas las dems piezas

motrices y, por lo general el extremo del lquido. El segundo componente

principal extremo de potencia es el cigeal o a veces un rbol de levas.

La funcin del cigeal en la bomba de potencia es la misma que un motor

de combustin interna excepto que la aplicacin de energa es en sentido

opuesto. Los cojinetes principales soportan el eje o rbol en el bastidor depotencia, la biela se impulsa con un codo o mun del cigeal en un

extremo e impulsa una cruceta en el otro. La cruceta solo tiene movimiento

alternativo y el cigeal solo movimiento rotatorio y los conecta a la biela.

Aunque la cruceta es similar en construccin y movimiento a un pistn en un

motor de combustin interna est montada en una biela corta o bieleta y el

segundo extremo de ella est conectado en la biela del mbolo o del pistn.


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Extremo hidrulico

Es la parte de la bomba donde se efecta el bombeo, los componentes

comunes en todos ellos son el cilindro para el lquido, el elemento de

bombeo y las vlvulas. El cilindro para el lquido es la pieza que retiene la

presin en el extremo y es la parte ms importante de la cmara de bombeo.

Est compuesta de un cuerpo que aloja las camisas debidamente

empacadas, pistones del dimetro de las camisas accionadas por vstagos,

asientos, vlvulas, resortes, tapas con bridas y roscadas y prensaestopas. La

polea, volante o catarina esta instalada en el exterior acoplado por medio de

bandas, cadenas a la unidad de embrague en caso que sea accionada por

un motor diesel en el caso de equipos convencionales, o acoplado a motores

elctricos. Con esta polea se le da la potencia a la bomba de lodo.

A continuacin se mencionan los componentes de la seccin hidrulica:

Mdulo Vlvula de seguridad

Cmara de pulsaciones Camisas para pistones

Vstago para pistones Pistn

Asiento de vlvulas Vlvula de asientos

Resortes de vlvulas Empaques

Tuerca de seguridad


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Bomba de lodo

Parte Mecnica

Recoger el movimientorotacional proveniente del

motor y convertirlo enmovimiento lineal.

Parte Hidrulica

Transferir la energa al fluido abombear succionndolo a bajapresin y expulsndolo a alta

presin mediante tres pistones.

Sistema de transmisinmecnica

Transferir el movimientoangular proveniente del motorbajando su velocidad yconvertirlo en movimiento

lineal alternante.

Sistema de lubricacin

Proveer lubricacin limpia ysuficiente a las partes mviles

del Power End.

Cuerpo estructural

Dar estabilidad a la bomba yposibilitar el acople al FluidEnd y a su unidad portadora.

Sistema de admisin

Recibir el fluido y enviarlo a las

cmaras de compresin,evitando fugas desde ellashasta las zonas de baja

resin.

Sistemas de descarga

Enviar el fluido a alta presinhacia las lneas externas dealta resin.

Pistn

Transferir la energa al fluidodesde el Power End,

soportando compresin endireccin axial.

Sistemas de lubricacindel pistn

Mantener lubricado el pistn y

sellar la junta mvil entre l yla cmara de compresin

Figura 1 Diagrama Funcional de la Bomba de Lodo


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Funcionamiento y operacin.

El funcionamiento de la bomba es simple, la compresin del fluido se da enla parte hidrulica (FLE) y la transmisin del movimiento, por lo tanto de la

fuerza, se da en la parte mecnica (PWE).Tabla 1 Parmetros de funcionamiento de la Bomba de Lodo.

Velocidad del cigeal Superior a 450 rpm Rata o caudal de bombeo Hasta 2271 l/min (600 gal/min) Presin de bombeo 103,42 MPa. (15000 psi) Cargas sobre el pistn 556 KN (125000 lbf) Potencias 255 hp

Las potencias que se manejan para bombeo de fluidos pastosos en el reade petrleo, se encuentra comnmente en rangos que van desde 275 a 1600hp (205 a 1194 KW).

El fluido a ser bombeado llega la mltiple de admisin de la bomba desde untanque de almacenamiento o una mezcladora cuando se bombea fluidospastosos. Una vez en el mltiple de admisin es aspirado por la bomba atravs de las vlvulas de admisin, comprimida y expulsada por las vlvulasde descarga hacia una salida compartida o mltiple de descarga. La bombaposee dos lneas de entrada y dos de salida, lo que permite realizar la

conexin de la tubera al lado ms conveniente en el momento de trabajo.

Figura 2 Vista Frontal y Lateral de la Bomba de Lodo


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En la figura 2 se puede apreciar en mltiple de admisin en la parte inferior

(lado derecho), en la vista frontal se observa las tapas de las tres vlvulas de

admisin y en la parte superior de la vista frontal las tapas de las tres

vlvulas de descarga. Durante la succin el pistn se desplaza hacia atrscreando un vacio en el interior de la bomba, cmara donde se comprime el

fluido. La vlvula de admisin se abre y permite el paso del fluido al interior,

la vlvula de descarga permanece cerrada.

La vlvula de admisin se abre al ser halada por el vaco que se crea en la

cmara, al vencer la fuerza del resorte que la retiene. La vlvula de descarga

permanece cerrada dada la posicin que le impone el resorte apoyado en la

tapa y a la vez el vacio que la hala hacia adentro mantenindola en contacto

con su asiento.

En la descarga, el cilindro se mueve hacia adelante y comprime el fluido

contenido en la cmara. La vlvula de succin permanece cerrada, mientras

que la vlvula de descarga finalmente se abre al alcanzar la presin

deseada. Se ejerce fuerza sobre la vlvula de succin haciendo que la

presin en el interior sea mayor a la del mltiple de admisin, por diferencia

de succin est se cierra. La vlvula de descarga se abre al ser empujada

por la presin del fluido, permitiendo as que el fluido a alta presin salga.

La apertura de las vlvulas de succin y descarga estn reguladas por el

fabricante. Una vez terminada la carrera de impulsin se aspira nuevamente,

repitindose nuevamente el ciclo. La succin-descarga se da tantas veces

como el embolo pistn se desplace a lo largo de su carrera ida y vuelta.

El pistn cumple una carrera con cada media vuelta del cigeal. Lospistones en lnea son impulsados por un mismo cigeal, los brazos del

cigeal se encuentran desfasados 120 uno con respecto al otro.


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El movimiento rotatorio del cigeal es convertido a lineal por medio de una

biela que a su vez transmite el movimiento al pistn a travs de un arreglo

mecnico de pista-patn (crosshead) que direcciona el pistn y soporta los

esfuerzos en el sentido radial con el objeto de limitar al cilindro a solo realizarel trabajo de compresin, de hecho la parte externa del pistn permanece

descubierta al aire libre y normalmente es lubricada por aceite y enfriada

por agua.

Imagen corte transversal de la bomba de lodo

El arreglo del cigeal recibe el movimiento del eje de transmisin por medio

de un mecanismo engrane-pin reductor. El eje de transmisin se acopla

por medio de dos terminales en los extremos de la bomba a la fuente motora

originada en el motor.

Figura 3 Arreglo de un Cigeal en una bomba triplex(Parte mecnica).


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Estructura, componentes y descripcin.

La bomba de lodo es una bomba de desplazamiento positivo, movimiento

reciprocante, simple accin, de diseo compacto, maneja altas presiones,

alta velocidad, sus pistones son de carrera corta y disposicin horizontal.

Pesa alrededor de 5 toneladas y sus dimensiones de transporte aproximadas

son 1.5 X 1.2 X 0.8 m. El cuerpo estructural de la bomba debe ser tal que

soporte el peso de sus componentes y los esfuerzos creados al comprimir el

fluido. Para adaptarse a diferentes requerimientos de presin y caudal, la

bomba puede cambiar de FLE, o de dimetro del pistn y empaquetaduras.

Como ya se haba mencionado anteriormente las bombas de lodo se dividen

en su parte hidrulica (FLE: Fluid End) y su parte mecnica (PWE: Power

End) y normalmente pueden ser desacopladas una de otra.

El diseo de las bombas de lodo es tal que permite la revisin,

mantenimiento y reemplazo de cualquier componente de la misma. La

remocin e instalacin de ciertos componentes presenta ms dificultad en

algunos tipos de bombas, debido a que sus ubicaciones y forma de acople,

sin embargo existen herramientas especificas diseadas para tal fin. A pesarde existir bombas de desplazamiento, reciprocante para bombeo de fluidos

pastosos, de varias marcas, estas se asemejan en su estructura general. El

acople y disposicin de ciertos elementos, al igual que su forma y tamao

pueden variar.

Los elementos de sujecin, de medida, de observacin u auxiliares,

normalmente se encuentran acoplados desde la compra y varan de un tipo

de bomba a otra, al igual que los sistemas de lubricacin con sus respectivaslneas de alimentacin y contenedores de recoleccin.


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A continuacin se describen a detalle los componentes principales para el

funcionamiento de las bombas de lodo tanto la parte mecnica como la parte

hidrulica:

Parte mecnica

La parte mecnica se encuentra en un contenedor independiente, en el cual

se encuentran elementos como el arreglo entre el cigeal y el eje de

transmisin por medio de engranes. En su interior los elementos se

encuentran lubricados, sea por aspersin o sea por alimentacin directa de

aceite por conductos (dependiendo del elemento).

Eje de transmisin: Es el eje que recibe el movimiento del motor y lotransmite al cigeal. Es soportado y gira alrededor de los cojinetes

recubiertos por magnolia montados en la estructura de la parte mecnica.

Su estructura es tal que dos barras solidas son soldadas en el interior de un

tubo, para disminuir su peso. Las barras solidas estn enchavetadas a dos

piones helicoidales ubicados a cada extremo del eje que se acoplan con los

dos engranes del cigeal. Un extremo ranurado es ms largo para encajar

en el arreglo Splicer Series 1800 que recibe mediante al acople de la entrada

el movimiento que se origina del motor.

Cigeal: Posee tres muones para biela, los cuales estn desfasados 120entre s, entre sus caractersticas esta su rigidez y corto espacio entre

apoyos, cuatro cojinetes de apoyo en total, brazos de 2 pulgadas, y muones

de 7 pulgadas de dimetro.

Los engranes helicoidales van montados en los extremos del cigeal, lascargas axiales en los cojinetes son eliminadas por la disposicin de los

engranes, cuya reacciones en ese sentido son iguales y opuestas, los

contrapesos van montados junto a los engranes, estos reducen las

vibraciones provocados por las masas no balanceadas y el efecto del


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movimiento reciprocante con el peso de las bielas, patines (crosshead) y

pistones, permitiendo as trabajar a altas velocidades.

Biela y patn: La biela o barra conectora va acoplada por medio de unaunin giratoria a un masa cilndrica (patn), que a su vez se desliza a lo largo

de una pista cilndrica, este sistema patn-pista es conocido como

crosshead.

El sistema permite el desplazamiento del pistn de manera lineal a lo largo

de su eje axial, contrarrestando las cargas radiales sin transmitirlas al pistn

del FLE. La biela es de acero fundido y el patn esta hecho de una aleacin

de acero de bajo peso, y la pista es un cilindro hueco reemplazable hecho de

bronce.

Conductos de lubricacin- Crter: Por medios de estos, aceite presurizadollega al patn, su pista y todos los cojinetes presentes en la parte mecnica

de la bomba. La alimentacin de aceite se da por medio de tuberas de

aceros y orificios perforados en los componentes. El contenedor de aceite o

crter se encuentra ubicado en la parte inferior del cuerpo mecnica, para

acceder a su interior el aceite tiene que pasar a travs de un platocontenedor de rejillas desmontables que hacen de filtros.

Parte Hidrulica.

Parte de la bomba cuya forma geomtrica permite el alojamiento del fluido

bombeado y la disposicin de elementos como: vlvulas, pistones y

empaquetaduras. Su forma y disposicin de movimiento de las vlvulas

permite que el pistn se deslice a lo largo de la cmara barriendo el volumen

casi en su totalidad, lo que incrementa la eficiencia volumtrica.

La parte hidrulica est maquinada en base a una aleacin profundamente

endurecida de acero. Para una misma parte hidrulica se pueden dar

variantes de arreglo del pistn y contenedor de empaquetaduras, para


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dimetros de 3 , 4 y 4 pulgadas, lo que la hace alcanzar diferentes

presiones y caudales, con la finalidad de poder ser utilizada para variadas

aplicaciones.

Pistn: Se encuentra compuesto por un cilindro hueco en cuyo interior seencuentra una barra delgada a cuyo extremo se acopla una tapa.

Para los pistones de 4 y 4.5 pulgadas de dimetro, el cilindro es un aleacin

de acero AISI 4130 endurecido con un revestimiento de una aleacin de

Cromo-Nquel con adiciones de Boro y Silicio. El pistn de 3.5 pulgadas es

una barra de acero con el mismo proceso de revestimiento, el mismo que

penetra hasta 16 mm desde la superficie.

Contenedor de empaquetaduras: Conocido tambin como packing gland.Es un contenedor metlico cilndrico hueco dispuesto alrededor del pistn, en

cuyas paredes internas se ubican anillos metlicos, sellos y empaques.

El contenedor de empaquetaduras provee un sello hermtico de alta presin

para separar el ambiente de la cmara a alta presin en la parte hidrulica y

el medio exterior. Los anillos y las empaquetaduras se disponen alrededor

del pistn, entre ellos se tiene una tapa de forma anular metlica que se

ajusta con anillos de caucho, un espaciador metlico, un anillo suave y dos

duros polmeros, un anillo aceitador de bronce y un sello para aceite.

Vlvulas de admisin y descargas: Permiten la entrada y salida a la bombade fluido bombeado, las vlvulas estn especialmente diseadas para

trabajar en condiciones severas a altas presiones y altas velocidades

Mltiples de admisin: Es un conducto metlico que distribuye el fluido ypermite su paso hacia las vlvulas de admisin. Posee dos entradas uno a

cada costado de la bomba.


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Sus caractersticas de diseo permiten que puedan ser llenado con fluidos

presiones de hasta 600 Psi (4137 Kip). No requiere normalmente ser

desacoplado para revisiones rutinarias o de mantenimiento.

Lneas de descarga: Es una cmara metlica que recoge el fluido a altapresin, la misma que posee dos salidas a las cuales se acopla por medio de

contratuercas las diferentes tuberas que direccionan el fluido hasta el lugar

de su aplicacin

Tipos de bombas de lodo.

Las bombas de lodo vienen de diferentes tamaos y especificaciones:

Las bombas de lodo Trplex son aplicables en la perforacin que requiere

alta presin de la bomba, tales como la extraccin de petrleo. Estas bombas

trabajan mediante la reduccin del volumen del fluido, que se descarga para

producir la presin suficiente para fomentar el flujo. Se compone de tres

pistones: el pistn medio ejerce una mayor presin en el cigeal en

comparacin con los otros dos pistones externos. Sin embargo, la aplicacin

de presin excesiva, debida a una alta carga del pistn, resulta en el

agrietamiento o en el fracaso del cigeal.

Las bombas de lodo dplex son bombas cuya funcin es garantizar la

circulacin del lodo de perforacin o el suministro de lquido desde el sistema

de limpieza de lodo a la parte inferior del pozo. Entraron en el mercado antes

que las bombas de lodo trplex. Pueden funcionar con diesel o con

electricidad. El mantenimiento de una bomba de lodo dplex es fcil, ya que

incorpora un nuevo diseo de vlvula de seguridad y cuenta con sellos

binoculares de vstagos flotantes. Adems, consta de un sistema de

lubricacin forzada de los vstagos del pistn, que reduce la friccin que

normalmente provoca un desgaste rpido y desgarros.


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Las bombas de lodo quntuplex se utilizan para el bombeo de fluidos en las

operaciones de perforacin. Se trata de un pistn de reposicin de servicio

continuo. Los rodamientos externos en las bombas de lodo quntuplex

ayudan en el apoyo del cigeal, que consta de cinco poleas excntricas.Uno de los cojinetes de la polea principal est inclinado entre la segunda y la

tercera poleas excntricas, mientras que el engranaje de giro se encuentra

entre la primera y la segunda polea. El segundo engranaje de giro se coloca

entre la cuarta y la quinta polea. Esta bomba puede ser accionada tanto de

forma convencional o mediante el uso de electricidad. Sin embargo, la

bomba produce mucho ruido y polvo. Esto interfiere con las mediciones

durante la perforacin. Su complejo diseo hace que sea difcil de hacercualquier modificacin.

BOMBA DE LODO: CIGEAL.

Es uno de los componentes ms importantes en la parte de sistema de

transmisin mecnica en la bomba de lodo, normalmente se fabrican con

acero aleado en forja o fundicin, los cojinetes en su totalidad son de bronce

y poseen estabilidad trmica para trabajar largas jornadas a altas cargas.

La funcin del cigeal es la misma que un motor de combustin interna

excepto que la aplicacin de energa es en sentido opuesto. Los cojinetes

principales soportan el eje o rbol en el bastidor de potencia, la biela se

impulsa con un codo o mun del cigeal en un extremo e impulsa una

cruceta en el otro. La cruceta solo tiene movimiento alternativo y el cigeal

solo movimiento rotatorio y los conecta a la biela. Aunque la cruceta es

similar en construccin y movimiento a un pistn en un motor de combustin

interna est montada en una biela corta o bieleta y el segundo extremo de

ella est conectado en la biela del mbolo o del pistn.


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Sistema detransmisinmecnica.

Transmitir el movimiento

angular proveniente delmotor bajando suvelocidad de 4,06:1 yconvertirlo en

movimiento linealalternante

Eje de transmisin.

Recibir el movimiento desde elmotor y pasarlo al cigeal.

Piones.

Transmitir la fuerza a los engranes delcigeal.

Cojinetes.

Soportar las cargas radiales sobre la

bancada brindando adecuadalubricacin y mnima resistencia almovimiento.

Cuerpo.

Recibir el movimiento desde el motor yasarlo al ci eal.

Cigeal.

Transmitir el movimiento

desde el eje de transmisinhacia las bielas

Engranes.

Recibir la fuerza desde el eje de

transmisin y transferirla comomovimiento rotatorio al cigeal.

Cojinetes de bancada.

Soportar las cargas radiales delcigeal sobre la bancada brindandoadecuada lubricacin y mnima

resistencia al movimiento

Cojinetes de Biela

Soportar las cargas radiales de lasBielas sobre la bancada brindandoadecuada lubricacin y mnima

resistencia al movimiento

Biela.

Transformar el movimiento

circular en lineal

Patn.

Deslizarse por la pista enmovimiento rectilneo recibiendola fuerza desde la biela.

Piste del patn.

Guiar al patin para que sumovimiento sea recto y absorber

las cargas radiales.

Figura 4 Diagrama sistema de transmisin mecnica de una bomba de lodo.


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En una bomba dplex, los codos del cigeal estn desplazados 180, por lo

cual la velocidad vara entre 0 y 160% de la velocidad promedio, dos veces

por revolucin. La bomba triplex tiene los codos del cigeal desplazados

120 y el traslapo 60 hacen que dos elementos descarguen o succionenlquido en forma simultnea la mitad del tiempo. Por ello el perfil resultante

de velocidad es la suma de las tres ondas senoidales traslapadas.

Una bomba triplex produce seis impulsos por revolucin, debidos a las

jorobas que ocurren durante el traslapo de dos elementos de bombeo. Las

bombas cudruplex rara vez se fabrican porque el perfil resultante de

velocidad, con sus codos desplazados 90, tiene mayor variacin que en la

triplex. La bomba quntuplex tiene los codos del cigeal desplazados 72

con lo cual hay dos o tres elementos traslapados en todo momento, la

velocidad solo vara un 7%, igual que en la triplex, el nmero de impulsos por

revolucin es el doble de los elementos de bombeo.

Figura 5 Cigeal de una bomba de lodo,plataforma CHAC-A


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Estructura y componentes.


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DISCONTINUIDADES.

Definicin.

En Ensayos no Destructivos escucharemos hablar de defectos y/odiscontinuidades. Qu diferencia hay entre uno y otro? Se acuerda que

cualquier indicacin encontrada es llamada discontinuidad hasta que se

pueda identificar y evaluar el defecto que pueda tener sobre la pieza en

servicio. Si, de acuerdo a esto, la discontinuidad es inaceptable arreglo a un

criterio de especificaciones, ser un defecto, ahora, si esa discontinuidad

no afecta el rendimiento de la pieza en el servicio al que se destina, se

deber llamar simplemente discontinuidad.

De esto se deduce que un efecto siempre es una discontinuidad pero no

siempre una discontinuidad es un defecto. Un ejemplo de discontinuidad se

podra encontrar en la indicacin, por medio de ultrasonido, que da un

chavetero o el mismo eco de fondo de la pieza si lo hay.

Tipo de discontinuidades.

Una discontinuidad puede producirse en cualquier momento de la vida deuna pieza metlica. Si la misma se crea durante la produccin inicial desde el

estado de fusin, se denomina discon t inu idad inheren te . Si se produce

durante procesos posteriores de fabricacin o terminado, entonces de

denomina discon t inu idades de p roceso . Finalmente, pueden producirse

tambin discontinuidades durante el uso del producto debido bien a

circunstancias ambientales o de carga. O ambas, en cuyo caso de

denominan discon t inu idades de serv ic io .

El conocimiento previo de qu tipo de falla puede estar presente en la pieza

en ensayo, da una gran ayuda en la interpretacin. Para ello es necesario

conocer la historia previa de la pieza, cmo fue hecha, cual fue el proceso de

fabricacin, etc.


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Tipos de discontinuidades

Inherentes De proceso De servicio

Lingote Fundicin

Primarios Secundarios

Tensiones.Fatiga.Corrosin.

Forjados Laminados Maquinado.Amolado.Tratamientostrmicos.Soldadura.

Inclusiones nometlicas.Inclusionesgaseosas.(Porosidad,Sopladuras).

Contracciones.Segregaciones.

Soplado en frio.Salpicaduras.Desgarro encaliente.Segregaciones.Rechupes.

Porosidad.Inclusiones.

Pliegues.Laminaciones.Estallido.Fisuras.

Cordones.Laminaciones.Costuras.

Desgarramientos.Fisuras.

Fisuras.

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