pistones fallas
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5/21/2018 pistones fallas
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ESCUELA POLITCNICA DELEJRCITO EXTENSIN LATACUNGA
CARRERA DE INGENIERAAUTOMOTRIZ
RECTIFICACIN
TEMA: BIELAS Y PISTONES
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Bienvenidos a la continuacin del Seminario sobre elanlisis de fallas! En estaseccin estudiaremos las bielas.
Nomenclatura Funcin Cargas. Manufacturas. Instalacin. Operacin. Problemas.
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Ojo de biela Agujero para pasador de biela Buje de pasador de biela Vstago Asiento de cabeza de perno de biela Caras de contacto entre biela y tapa Agujero para cigeal
Tapa de biela Asiento de tuerca de tapa de biela
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Las bielas cumplen dos funciones
principales:
Cambian el movimiento descendente delos pistones al rotacional del cigeal,
Cambian la fuerza descendente o linealde los pistones a la de giro o par motor del cigeal.
La biela soporta cargas de compresin
La biela soporta fuerzas de inercia
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Las bielas se forjan con acero dealeacin con alto ndice deresistencia ytenacidad.
Molde de la biela La biela se procede a tornearPara que quedede esta forma
Las tapas de la serie 3400 se vuelven agranallar para restablecer
una vez mslos esfuerzos de compresin en los filetes
Instalacin de los bujes
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En condiciones normales de operacin, una
biela no debera tener casi ningndesgaste
Despus de miles de horas de uso, es normal
que ese buje tenga la superficiepulida y/o manchada, especialmente en el reade carga de 120.
Es tambin normal que el agujero para elcigeal tenga algunas manchas
Las caras de empuje de la biela no deberanestar gastadas
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La biela y la tapa no tendran que daarsedonde hacen contacto.
Otros modelos pueden tener apariencialigeramente diferente.
El vstago de la biela debe ser recto y sin dao.
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Las fracturas y daos ms corrientes son:
Fractura por fatiga Fractura dctil/quebradiza Corte por impacto
FRACTURA POR FATIGA
Las fracturas por fatiga se deben a cargascclicas y a la presencia de
concentradores de esfuerzos.
FRACTURA DUCTIL CARACTERISTICAS
Esas fracturas son casi siempre en las bielas
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Falta delubricacin enlos orificios
del cojinete
Ajusteexcesivo en
los pernos de
las tapas debiela
Cuando lasuperficie del
vstagorepresenta
superficie liza
Las caras delpistn sonsperas oopacas
Las bielas serompen a lamitad del
vstago FALLASDECOJINET
ES
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Desgaste por adherencia condescoloracin trmica
Las caras de uninentre tapa y bielaestaban muydesportilladas,
indicando movimientode la unin.
Las tuercasdesportilladas Losasientos de tambinestaban por
rozadura
Indicios de algunas fallas producidas en bielas
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Daos de larosca del perno
por aflojamientode la tuerca
La cara plana dela tuerca que
hace de arandelaestaba ubicada
en sentidocontrario
Roscadefectuosa de la
tuerca
Malhacinamientodel perno por
mala ubicacindel filo de la
cabeza
Rotura delcojinete impactoen el filo de la
tuerca
FRACTURAS EN PERNOS
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Errores de
reacondicionamiento
El agujero de la bielapara el cigeal a
cambiado de tamao
Bielas torcidas en unrango no tan moderado
Cojinete del pie delabiela desgastado
Se ocasiona por utilizarpiezas gastadas
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Problemas en bujesde biela
Mala alineacin delbuje con la biela
En la reparacin elnuevo buje quedoflojo dentro del
agujero
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La unin debiela opuestaal lado que se
fracturomuestra queindica que la
biela se abridel otro lado
Maquina ogranallado
As las bielaspueden fallar
comoresultado de
granallado ode torneado
Tapa de bielatiene unafractura en elabocardado
para asentarla tuerca
La capa defractura deesta tapa es
suave, lisa, deolor claro ytiene marcas
que empiezaen la roscadel asiento de
la tuerca
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Desgaste delcojinete se verelativamente
normal no muestradesgaste por
abrasin y adhesinsolo impacto de que
sali la biela
La biela se fracturocerca del asiento dela cabeza del perno
Punto de iniciacinque se indica en elinferior de la cara dfractura que indica
que la arista cortantese une con el filete
En esta cara semuestra bien e
problema que fuegranallada la aristaque se formo en laparte del filete y
parte exterior de lastapas se junta
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La fala esta en laparte superior de labiela pero debemos
analizar todas laspartes de la biela y
del mun parasaber que se fallo
primero
Observamos elvrtice agudo que
se fracturo poresfuerzos
concentrados queprimero fallaronpor fatiga o mal
alineacin de biela
La unin de labiela opuesta a lafractura del pernoque fallo despus
del perno
Que tipo defractura ocurripor fatiga ya que
ocurri en lacabeza del pernopor demasiado
torque
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Esta es una imagende la cara defractura de uno de
los pedazos del
ojo de biela. La carasuperior es spera ydentada. La inferior
debe
observarse msdetenidamente.
Aqu vemos el ojode biela y pedazosde buje. Noten que
ste ha sido
golpeado (dao porimpacto) en
pedazos finos y elojo de biela est
muydaado.
El examen delcojinete relato notiene desgaste por
adherencia oabrasin mala
lubricacinadecuada y no tiene
daos porsobrecalentamiento
Fractura tipo corteaparece lisa ysedosa el dao del
impacto tocamostrar otro tipo de
impacto
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CASO DE ESTUDIO
Esto concluye nuestra discusin sobre las condicionesanormales de uso y los
problemas de fabricacin de bielas. Veamos un ejemploms para poner en prctica
lo aprendido.
Esta es una biela de la serie 3500. Quiero que me digancules son los indicios
que ven en esta diapositiva y en las siguientes:
1. Los pernos se rompieron por la cabeza.2. No hubo descoloracin por efecto del calor.
3. Los pernos se doblaron hacia afuera.
1) Las fracturas del pistn son dctiles/quebradizas. Eldao es resultante.
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En esta sesin se estudian las fallas de pistones, anillos y
camisas.
funcin de los pistones, anillos y camisas,los materiales
procedimientos de fabricacin. funcionamiento y caractersticas de desgaste
de esas piezas.
Al estudiar el desgaste normal y las fracturas,utilizaremos los 8 pasos aplicables al anlisisde fallas y el examen ocular paradescubrir los indicios que nos guan al origende las fallas.
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crter de combustin y los rebajos paraVlvulas
cmara de pre combustin bandas, ranuras para anillos, perforacin
para el pasador
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Los pistones tienen seis funciones diferentes:
Aspirar aire en la cmara de combustin yexpulsar gases de escape.
Llevar calor y cargas de la combustin.
Llevar cargas de empuje. Sostener anillos Transferir carga al pasador. Transferir calor.
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Los tiempos del motor son 4:Admisin.CompresinExpansinescape
9 -- Las coronas de aluminio pueden soportarpresiones medias decombustin de 1800 psi y temperaturas de 930a 990C (1700F a 1800F).
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La combustin hace que la falda del pistn
golpee las camisas, produciendo as esfuerzosen la falda del pistn.
Las cargas de los gases de la combustin
empujan los anillos de compresin hacia abajocontra las ranuras y hacia afuera contra lacamisa, sellando eficazmente los gases dentrodel rea de la corona.
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Las fuerzas de la combustin se concentran enla porcin superior del refuerzo del agujeropara el pasador.
La combustin genera elevadas temperaturas ypresiones.
Aproximadamente 1/3 del calor generadoLos otros 2/3 pasan a la parte inferior de lacorona y falda del pistn
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Los pistones de los motores series 3200, 3300 y 3400 son enterizos dealuminio fundido
la serie 3500, para cargas ms pesadas, tienen corona fundida dealuminio, soldada a la falda ms fuerte forjada de aluminio.
Los pistones de la serie 3600 para cargas muy elevadas se fabrican con
corona de acero forjado y termo tratado empernada a la falda dealuminio forjado.
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El material de los insertos de hierro fundido,denominado fundicin Ni-Resist, est tratado
con un adhesivo de aluminio y puesto en elmolde.
Resistencia del agujero para el pasador y son
fresadas con diversas operaciones de labrado,taladrado y torneado para darles el pulido casidefinitivo.
Los pistones de mayor potencia recibe; pulidopor frotamiento en el agujero para el pasadorcon el fin de aumentar su resistencia a la fatiga.
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El contorno del pistn es labrado en formaligeramente ovalada, los nervios, ms gruesos,
se dilatan ms que la falda del pistn haciendoque sta tome forma cilndrica.
Todo pistn terminado pasa por una inspeccin
ultrasnica para estar seguros de que el insertode hierro fundido est firmemente adherido a lapieza fundida de aluminio.
El pistn actual de un motor serie 3500 sefabrica soldando con haces electrnicosTodos los pistones de los 3500 tienenrecubrimiento de grafito para tolerar perodosde mnima lubricacin.
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Habiendo entendido lo anterior, pasemos a analizar brevemente laspartes, funcin y estructura de los anillos.
Los anillos son de dos formas bsicas: rectos ode perfil trapecial.
la cara de los anillos superiores (o decompresin) est revestida de cromo o demolibdeno, mientras que la de los anillosintermedio y la del anillo de control del aceitees cromada.
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Los anillos del pistn tienen cuatro funciones
bsicas: Sellar los gases de la combustin. Controlar el espesor de la pelcula de aceite. Transmitir calor. Suministrar superficie de desgaste
compatible.
Los anillos de compresin superior eintermedio sellan las cargas de los gases de lacombustin en la corona del pistn.
El anillo de control del aceite tiene por finproporcionar el correcto espesor de la pelculade aceite en los anillos de compresin y faldadel pistn..
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Los anillos suministran una superficie dedesgaste compatible con las camisas de hierrofundido.
La mayora de los anillos se fabrican de hierrofundido dctil; slo algunos son de hierrofundido gris.
La fabricacin de los anillosse hace por docenas en moldes de arena.
Los anillos de hierro fundido tienen un corte oabertura y caras decontacto y laterales fresadas;los anillos de flexin tienen dimetro interiorescalonado.
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Veamos ahora aspectos sobrenomenclatura, funciny estructura de lascamisas.
presa de fuego.ranura para la bandaLas ranuras del extremo inferior
Las camisas cumplen cinco funciones: Llevan cargas de combustin Llevan cargas de empuje del pistn Proveen superficie de sellado a los anillos Forman la pared interna de las camisas de
agua conducen calor
Las camisas soportan las mismas cargas de losgases de la combustin que los pistones.
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Las camisas absorben lascargas de empuje de lasfaldas de los pistones
mantenindolos alineadoscon las cargas de los gases
y con el cigeal.
Sella las caras de contactode los anillos del pistn ytiene buena resistencia al
desgaste.
Sellan con el
bloque y culata la entrada derefrigerante en la cmara de
combustin y en el carter, mientrasmantienen afuera los gases de la
combustin.
Las camisas conducen elcalor de los anillos y faldadel pistn al refrigerante.
El calor transferido aqu esde unos dos tercios.
Las camisas soportan lasmismas cargas de los gasesde la combustin que los
pistones
Las cinco funcionesQue deben cumplir
las camisas
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Se fabrican de cuatro
a seis camisas dehierro fundido yvaciado por
molde de arena.Despus de quedar
fras con unaestructura de granosesparcidos al azar, se
les quita la arena y selimpian por elprocedimiento de
granallado.
La superficie de lascamisas se endurece auna profundidad de ,
020 pulgadas (0,5mm) por induccin
trmica en el interior a870C (1600F)
seguida
inmediatamente deenfriamiento conagua.
La superficie de lapieza templada se
rectifica a ladimensin final del
dimetro interior. Elproceso de
rectificacin produce
el correcto patrnreticular de 130, pararetencin del aceite.
Fabricacin y estructura
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Para que los pistones,anillos y camisasfuncionen bien
correlativamente, deben
estar armados e instaladoscorrectamente.
El funcionamiento normal depistones, anillos y camisasdepende del funcionamientocorrecto de los sistemas de
admisin de aire, combustible,
escape, enfriamiento ylubricacin.
En el armado de anillos
ay que tomar en cuentael calor se transmite alos anillos haciendoque las aberturas se
cierren.
las fallas se producencuando un motor arranca,
los pistones y anillos estnfros, la abertura de los
anillos es ancha ysolamente hay aceite
residual para lubricarlos.
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Fallas normales
Despus de miles de horas pueden apareceralgunos indicios de desgaste manchas ydepsitos.Y podemos observar en anillo, pistonesy camisas .
El siclo trmico puede producir grietas porcalentamiento en pistones.
En los pistones de los motores de inyeccindirecta, las grietas por calentamiento sedenominan grietas del aro porque seproducen en el borde del crter.
Es posible que durante las operaciones
normales se produzcan asimismo ligerosdepsitos de carbn detrs de los anillos yen las bandas donde estn los anillos.
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Condicionesanormales delos sistemas
Materialdefectuoso omal diseo
Errores de
fabricacin omanufactura
Malas prcticasde armado
Operacin ymantenimiento
inadecuados
Las malasprcticas de
armadoexplican
Fallas anormales
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RECOMENDACIONES PARA PREVENIR FALLAS
Examinar e identificar las piezas al sacarlasdel motor. Los pistones y las camisas sedeben numerar en la corona y pared exteriorrespectivamente con pintura.
Al transportar a otro lado camisas, pistonesay que hacerlo con mucho cuidado para evitardaos secundarios
Para limpiar las piezas lo mejor es un
disolvente suave, no corrosivo comoStanisol y un cepillo de cerda blanda.
Antes instalar los elementos debemos verificarcon mucha cautela toda la superficie de cada
pieza para evitar errores en el armado
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TIPOS DE FRACTURAS ODESGASTE
El sistema de aceitepudo estar contaminadocon material abrasivofino.
Las piezas utilizadas enla reparacin no songenuinas
El calor es el peor
enemigo de loscomponentes ay queempezara reconocer indicios de altastemperaturas
Utilizar siempre piezasgenuina para mejorar lavida til del motor
Ay que reconocer muybien el componte porque ay ocasiones queviene las pieza defabrica de esa forma
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La erosin de la corona resulta de las restricciones en la admisin de aire que impiden lacombustin y el enfriamiento adecuados. Los indicios son: prdida de material de la coronacerca de las vlvulas de escape que deja una apariencia "barrosa.
Ya sabemos que el exceso de combustible produce este tipo de erosin del aro del crtery borde de la corona. Cuando todos los pistones tienen esta apariencia, los
indicios sealan un problema de exceso de combustible
El crter de este pistn tiene cavidades muy marcadas, producidas por erosin.
Esto indica mala sincronizacin de la inyeccin. Podemos confirmarlo mirando lospistones remanentes ya que ste es un problema del sistema.
La erosin producida por materias extraas saca material del pistn de forma similar ala operacin de limpieza con choro de arena que deja una superficie arenosa spera.Tambin afecta a todas las superficies, no solamente los bordes filosos.
La erosin del inserto de hierro fundido es un resultado y no una causa. El indicio es unasuperficie lisa, irregular, que aparenta limpieza con bolitas de vidrio. Esto nos dice queidentifiquemos las materias extraas responsables,
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La erosin del agujero para el pasador se asemeja ala erosin de1 inserto donde estn los anillos, endonde las materias extraas que causan el problemavienen de un anillo de resorte partido.
Como el pasador del pistn es hueco, los pedazospueden pasar al agujero del otro lado causando daodonde el anillo de resorte est intacto.
La erosin de las camisas es erosin por cavitacin yhace que se formen picaduras pequeas en eldimetro exterior.
El cuarto tipo de desgaste, uno que deja indiciosnicos es el desgaste por corrosin. Las causas deeste desgaste son: 1) Operacin en fro 2) Altocontenido de azufre en el combustible. 3) Aceite demala calidad 4) Aire contaminado 5) Acondicionadordel agua en pro- porcin inadecuada Cuando senotan indicios de desgaste corrosivo
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La operacin cuando el motor est muy fro producela condensacin de los gases de escape que forman
cidos. Los aditivos del aceite los neutralizan, pero sila produccin de cidos contina
Esta camisa tiene indicios tpicos de corrosin. Veancmo corroe el cido la superficie de la pista delanillo. Vean tambin el escaln producido por el
ataque acelerado del cido.
Al observar ms de cerca, vemos escamas de grafitoen el hierro fundido, indicio de corrosin con cido
en la superficie de la camisa
Las superficies exteriores de la camisa tienen des-gaste por corrosin causado por el agua y burbujas devapor. El agua puede corroer la superficie de hierro o
quitar el enchapado en escamas.
P i di t t di i l
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Para impedir que se presenten estas condiciones, el aguaes mezclada con los acondicionadores que contienen
detergentes y resinas. Esta mezcla de refrigerante impidela formacin de escamas en la superficie de las camisas y
las protege contra la erosin por cavitacin.
Estas camisas se sacaron de un motor que tuvoacondicionadores adecuados al comienzo, pero que no sevolvieron a restablecer. Despus de varios miles de horas
de operacin, el refrigerante sin acondicionador
Algunas reas no tenan escamas, pero parecan tenererosin por cavitacin. Sin embargo, un cuidadoso
examen ocular de lo que parecan pequeas picaduras dela superficie
Este tipo de corrosin se denomina picadura porconcentracin de clulas y se produce en reas donde
hay poco flujo de refrigerante y falta la pelculaprotectora. El oxgeno se concentra en estas reas y
acelera la corrosin.
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Si bien el desgastees la causa de lamayora de las
fallas de pistones,anillos y
camisas, es posiblealgunas veces
encontrar piezasquebradas y
entoncesnecesitamos sabercmo diagnosticar
Normalmente seproducen grietastrmicas alrededor
de los taponestrmicos y del
borde del crter.Sin embargo, lasgrietas trmicas
que se prolonganbajo la corona o al
borde lateral de lacorona indican
cargas otemperaturas
anormalmenteelevadas
Este pistn tienerotos el anillosuperior y el
inserto de hierrofundido Ni-Resist.Por lo general, larotura del inserto
se debe aproblemas del
sistema de
combustin.
Antes de observarlas fracturas delpistn, repasemos
los principiosaprendidos en la
seccincorrespondiente de
este seminario.Los pistones sonfundiciones de
aluminio que sefractura al recibirun choque o cargade impacto, y que
se rompe porfatiga con cargas
cclicas
Esta fractura es decolor gris opaco ycristalino, conespiguillas que
parten del agujeropara el pasador.
Indicios, todos, defractura
quebradiza rpida,producida por una
carga de impacto.
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Mirando ms de cercala pieza, vemos elaluminio pulido ybrillante de una
fractura por fatiga,pero el origen es
difcil de determinar
1) sobrecarga
2) dao del agujeropara el pasador
3) defecto defundicin
4) insuficiente pulidopor frotamiento
Los indicios deoperacin consobrecarga son las
manchas anormalesbajo la corona que novemos en este pistn.Un agujero daado
tiene rayado omuescas donde
comienza la grieta,cosa que no hallamos
Si el pulido por
frotamiento esinsuficiente, la grietapor fatiga puedecomenzar en la
porcin ms cargadadel agujero para el
pasador, es decir elcentro superior. Estagrieta se inici en el
lado del agujerodescartando el pulido
por frotamiento.
Algunas veces losanillos de pistones
pueden tener defectosde material, deprocesos o dearmado. Estos
defectos se puedenmanifestar en anillos
partidos
Como los anillos sonpiezas de fundicin,pueden tener muchos
de los defectos defundicin que
aprendimos en laseccin de
Metalurgia. Porosidade inclusiones son los
ms comunes.
Los anillos con
recubrimiento duro demolibdeno rara vez se
escaman debido aunin dbil de la capa
dura. Si hayproblemas de la
unin, la capa dura sedesprende casi por
completo en lugar deescamarse en reas
separadas.
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Los problemas deinstalacin y armado
son la causa de lamayora de los anillos
defectuosos que seencuentran en
servicio. Si los anillosse expanden en
exceso o se tuercendemasiado,
Como las camisas son
de hierro fundidopueden, como losanillos, tener todas las
diversas clases dedefectos de fundicin.Los ms comunes son
arena quemada yporosidad de gas,pero durante el
fresado se detectan yeliminan casi todos
estos defectos
El dao causado pormanejo de las camisas
en la fbrica puedeproducir
grietas verticales
desde la pestaa aldimetro interior odesde el bisel inferioral dimetro interior.
Las grietas de la parteinferior son por lo
generalsuficientementegrandes para ser
detectadas en la lneade montaje y las
piezas
Si, durante el servicio,la pestaa de una
camisa se agrieta deel filete al dimetro
interior, lo msprobable es que sedeba a insuficiente
pulido porfrotamiento. Este
defecto de proceso demanufactura es muy
raro
El montajeinadecuado tambinproduce grietas en las
pestaas de lascamisas. Sin
embargo, la grieta seextiende desde el
filete de la pestaa aldimetro interior
cerca de la presa defuego.
