Diseño de Flecha de Transmision de Potencia

8/18/2019 Diseño de Flecha de Transmision de Potencia

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INTRODUCCION

Diseñar viene del latín designare que significa designar, marcar; en un sentido

más amplio se traduce como delinear, trazar, planear una acción, concebir,inventar. El diseño de ingeniería se puede definir como “el proceso de aplicar lasdiversas tcnicas ! principios científicos con el ob"eto de definir un dispositivo, unproceso o un sistema con suficiente detalle para permitir su realización#.

El diseñar nace al intentar resolver un problema, satisfacer una necesidad o enalgunos casos ambos. $ara diseñar se requieren de ciertas %abilidades, algunasque se pueden adquirir con lectura ! práctica, otras son un poco más innatas de lapersona a cargo de resolver el problema, !a que diseño implica la concepción

propia del ingeniero para abordar el problema ! esto requiere ingenio eimaginación, que depende de cada persona.

Diseño de elementos de máquinas, !a le da un enfoque al diseño, ! lo limita a laparte mecánica, donde se deben aplicar todos los conocimientos de mecánica,resistencia de materiales, materiales, energía mecánica ! todos los temasrelacionados a la física mecánica.

&on los conocimientos adquiridos durante el curso de la materia Diseño deElementos de 'áquinas, en este traba"o se presentara un análisis a un problema !como se resolvió con los conocimientos mencionados anteriormente, tambin severá la e(ploración de los pasos que lleva el diseño, inconvenientes ! percancesque se presentan durante las distintas fases de diseño ! la satisfacción final alresolver el problema.


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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

)a empresa *+mangueras es una empresa colombiana dedicada a la

manufactura de mangueras de riego en el departamento de -antander, ! nicocon un sistema para la recuperación de plástico post industrial ! post consumo enla zona de -antander como materia prima para el desarrollo de nuestrosproductos. Dándole así nueva vida til al plástico desec%ado.

En la producción de mangueras, para su almacenamiento se requiere llevar losproductos finalizados a un segundo piso para almacenamiento, esto se veníarealizando por los traba"adores, pero debido al tamaño, peso ! geometría delproducto, era una labor difícil ! algo incomoda de realizar ! que empezó a generar

lesiones que afectan la salud de los traba"adores. Es por esto, que ante dic%asituación se identificó el problema ! se inició la bsqueda de la solución al mismo,que sea económica, rápida ! eficaz. / su vez se identificó tambin que laproducción estaba perdiendo tiempo !a que se debía parar la producción mientraslos productos eran llevados ! almacenados para poder continuar con laproducción.

/mbos problemas pueden resolverse con la aplicación de un mecanismo de cargaque acelere el proceso de almacenamiento ! no requiera muc%a participación de

los traba"adores, ! esto será nuestro ob"eto de estudio durante este traba"o.


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OBJETIVOS

GENERAL

Diseñar un mecanismo de carga que facilite el transporte de los productos de laempresa *+mangueras del piso de producción al segundo piso dealmacenamiento.

ESPECIFICOS

/nalizar el tipo de carga que va a transportar el sistema.

Estudiar el espacio disponible para el diseño del mecanismo.

Determinar los tipos de esfuerzos que puede sufrir el mecanismo.

-eleccionar el motor que me garantice el funcionamiento del mecanismo.


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MARCO TEORICO

DISEÑO DE FLECHAS DE TRANSMISION DE POTENCIA

Desde el punto de vista mecánico, una flec%a es un elemento rotatorio, por logeneral de sección transversal circular, que se emplea para transmitir potencia omovimiento. $or lo general su sección transversal es muc%o más pequeña que sulongitud ! tiene acoplados elementos transmisores de potencia, tales comoengranes, poleas, levas, volantes, manivelas, ruedas dentadas, catarinas, !co"inetes de elementos rodantes.

)as flec%as de transmisión generalmente están sometidos a cagas de fle(ión,tensión, compresión o torsión, las cuales pueden actuar individualmente o de

forma combinada; estas cargas pueden ser fluctuantes o no, por lo cual losanálisis estáticos ! de fatiga son consideraciones importantes en el diseño de losmismos. El trmino “e"e# abarca otras clases de elementos no giratorios que notransmiten par de torsión ! que se utilizan para soportar ruedas rotatorias, poleas !elementos similares.

)a geometría de una flec%a es tal que el diámetro es generalmente la variable quese usa para satisfacer un diseño; con frecuencia las flec%as pueden ser escalonadas en vez de tener un diámetro constante, al fin de conseguir unaubicación a(ial, precisa ! constante de los elementos acoplados, así como paraobtener el diámetro correcto, adecuado a piezas estándar como los co"inetes.

/lgunos de los puntos principales que se consideran en el diseño de una flec%ason la resistencia, usando el criterio de fluencia, de fatiga o ambos; la defle(ión, !la dinámica que se establece por las velocidades críticas.

BANDAS Y POLEAS

)os elementos de máquinas fle(ibles, como bandas, cables o cadenas, seutilizan para la transmisión de potencia a distancias comparativamentegrandes. &uando se emplean estos elementos, por lo general, sustitu!en a

grupos de engrana"es, e"es ! sus co"inetes o a dispositivos de transmisiónsimilares. $or lo tanto, simplifican muc%o una máquina o instalaciónmecánica, ! son así, un elemento importante para reducir costos.

/demás son elásticos ! generalmente de gran longitud, de modo que tienenuna función importante en la absorción de cargas de c%oque ! en elamortiguamiento de los efectos de fuerzas vibrantes. /unque esta venta"a es


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importante en lo que concierne a la vida de una máquina motriz, elelemento de reducción de costos suele ser el factor principal paraseleccionar estos medios de transmisión de potencia, ! en el presente traba"oqueremos recopilar alguna información un tanto básica sobre un tipo en especial

de elementos; bandas ! las poleas. 0eremos algunos tipos, su funcionamientoalgunas venta"as ! desventa"as, la representación en plano ! la 1orma 2cnica&olombiana 312&4 por la cual se rigen.

TRANSMISION POR BANDAS

)as transmisiones por banda, en su forma más sencilla, consta de una cintacolocada con tensión en dos poleas5 una motriz ! otra movida. /l moverse la cinta3banda4 trasmite energía desde la polea motriz a la polea movida por medio delrozamiento que surge entre la correa ! las poleas.

En la figura 6 son identificados los parámetros geomtricos básicos de unatransmisión por bandas, siendo5

6 7 $olea menor.

8 7 $olea ma!or.

96 7 :ngulo de contacto en la polea menor.

98 7 :ngulo de contacto en la polea ma!or.

9 7 Distancia entre centros de poleas.

d6 7 Diámetro primitivo de la polea menor.


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d8 7 Diámetro primitivo de la polea ma!or.

2/1-'+-+1 $ */1D/ /*+E2/

-e emplea en arboles paralelos si el giro de estos es en un mismo sentido. Es eltipo de transmisión más difundida.

2/1-'+-+1 $ */1D/ &


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2/1-'+-+1 $ */1D/ &1 $)E/ 2E1- EA2E+

-e emplea cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de lasbandas ! se deseas aumentar el ángulo de contacto en la polea menor.

2/1-'+-+1 $ */1D/ &1 $)E/ 2E1- +12E+

-e emplea cuando es imposible desplazar las poleas para el tensado de lasbandas. En casos en los que se pueda disminuir el ángulo de contacto en la poleamenor, produce una me"ora en la vida til de la banda.

2/1-'+-+1 $ */1D/ &1 '


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)as bandas se distinguen por la forma de la sección transversal, por laconstrucción, material ! tecnología de fabricación, pero el rasgo más importanteque determina la construcción de las poleas ! de toda la transmisión, es la formade la sección transversal de la correa. En función de la forma de la seccióntransversal, las correas de transmisión son clasificadas como5

● *andas $lanas.● *andas Especiales o en 0.● *andas edondas.● *andas Eslabonadas.● *andas Dentadas.● *andas 1ervadas o poli 0.

*andas $lanas

)as transmisiones de banda plana ofrecen fle(ibilidad, absorción de vibraciones,transmisión eficiente de potencia a altas velocidades, resistencia a atmosferasabrasivas ! costo comparativamente ba"o. Estas pueden ser operadas en poleasrelativamente pequeñas ! pueden ser empalmados o conectados parafuncionamiento sinfín.

)as bandas planas de transmisión de potencia se dividen en tres clases5

&onvencionales5 bandas planas ordinarias sin dientes, ranura o entalladura.anuradas o Entalladuras5 bandas planas básicamente modificadas queproporcionan las venta"as de otro tipo de producto de transmisión, por e"emplo,bandas en 0.

De mando positivo5 bandas planas básicas modificadas para eliminar la necesidadde fuerza de fricción en la transmisión de potencia.

)as bandas en general se %acen de dos tipos5 bandas reforzadas, las cualesutilizan un miembro de tensión para obtener resistencia, ! las bandas noreforzadas, las cuales dependen de la resistencia a la tensión de su material

básico.Estas bandas planas regularmente se pueden encontrar en los siguientesmateriales5

6. &uero.8. 2ela o cuerda a%ulada.B. Cule o plástico no reforzado.


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. &uero reforzado.. 2ela.

&uero5 las bandas de cuero en su gran ma!oría están %ec%as de capas dematerial unidas entre sí. $roporcionan una buena fricción, fle(ibilidad, largaduración ! son mu! fáciles de reparar. )a desventa"a es que son algo costosas.

2ela o cuerda a%ulada5 actualmente %a! disponibles muc%os tipos ! granos dematerial a%ulado para bandas. &asi todos resisten a la %umedad, ácidos !alcalinos.

2ela /%ulada5 es el tipo menos caro de material para bandas. Esta %ec%o de capasde algodón o lona sinttica, impregnadas de %ule.

&uerda /%ulada5 estas bandas consisten en una serie de capas de cuerdas

impregnadas de %ule. frecen alta resistencia a la tensión con tamaño ! masapequeños.

Cule o plástico no reforzado5 se encuentran disponibles bandas planas en variosmateriales no reforzados para traba"o liviano.

Cule5 es básicamente una tira de %ule, estas bandas están disponibles en varioscompuestos. Están diseñadas específicamente para una ba"a potencia,transmisiones de ba"a velocidad.

$lástico5 las bandas de plástico no reforzadas transmiten carga de potencia máspesada que las de %ule.

&uero reforzado5 estas bandas están formadas por un miembro de plásticoresistente a la tensión, en general n!lon reorientado ! cubiertas de cuero arriba !aba"o.

2ela5 consisten en una sola pieza de algodón o lona plegada ! cosida con %ilerasde puntadas longitudinales, otras están te"idas en forma sinfín.

)a venta"a principal es la capacidad de remolcar uniformemente ! de funcionar aaltas velocidades.

*/1D/- E1 0

)as bandas en 0 son las más utilizadas en la industria; adaptables a cualquier tipode transmisión. -e dispone de gran variedad las cuales brindas diferente tipo de


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peso de carga.

1ormalmente las tensiones de bandas en 0 funcionan me"or a velocidades de F aB? mGs. para bandas estándar la velocidad ideal es de apro(imadamente 8B mGs.-in embargo %a! algunas como las bandas en 0 angostas que funcionan %asta a? mGs.

0enta"as5 las transmisiones de bandas en 0 permiten altas relaciones de velocidad! son de larga duración. Háciles de instalar ! remover, silenciosas ! de ba"omantenimiento. )as bandas en 0 tambin permiten la absorción de vibración entrelos e"es.

Desventa"as5 por el %ec%o de estar sometidas al cierto grado de resbalamiento, lasbanas en 0 no deben ser utilizadas en casos que se necesiten velocidadessincrónicas.

Estas bandas en 0 siempre se fabrican en secciones transversales estándar.D+'E1-+1E- E-2/1D/5

+ndustriales5 se fabrican en dos tipos5 para traba"o pesado, ! para traba"o liviano.)as bandas convencionales están disponibles en secciones /, *, &, D ! E.

)as bandas angostas se fabrican en secciones B0, 0, F0, ! las bandas paratraba"o liviano vienen en secciones 8), B), ), ).

El material para bandas de e(tremo abierto está disponible en secciones /, *, &, !D. El material para bandas en 0, el cual no está estandarizado. -e fabrica en

secciones /, *, &, D, ! E. /grícolas5 estas bandas se fabrican en las mismas secciones que lasconvencionales. -e designa C/, C*, C&, CD, ! CE; en secciones de doble 0,están disponibles con las designaciones C//, C**, C&& ! CDD.

)as bandas agrícolas se diferencian de las industriales en la construcción.

/utomotrices5 las bandas para usos automotrices se fabrican en seis seccionestransversales de designación -/E, e identificadas por los anc%os superiores5 ?.BF,?.?, ?.I>, ?.J, ?.FF, ! 6.?? in 36?, 68, 6J, 6>, 88 ! 8 mm4.

*/1D/- ED1D/-

)as bandas redondas se utilizan en transmisiones de poca potencia, comomáquinas de oficina ! enseres domsticos. Debido a la simetría de una secciónredonda, es mu! sencillo traba"ar con e"es mltiples u oblicuos, por lo que puedenser tiles en aparatos con transmisiones complicadas.


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*/1D/ DE12/D/ D?L de la vibración, alargando así la vida til de los demáscomponentes de la transmisión, me"orando tambin la calidad del traba"o.

)as bandas eslabonadas pueden a"ustarse a cualquier longitud ! adaptarse encualquier transmisión con poleas en K0K.

2ambin pueden %acerse "uegos de bandas perfectamente %ermanadas con solocontar e(actamente el nmero de eslabones de cada banda, esto entre otrascosas a!uda a reducir considerablemente el espacio ! costo de inventarios.


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*/1D/- DE12/D/-

)as bandas dentadas moldeadas son la me"or ! más rentable alternativa para latransmisión de potencia con banda en 0.

El diseño de las ranuras moldeadas ofrece una disipación inmediata del calor generado durante la operación de las transmisiones, pueden circular con facilidadsobre poleas de diámetros pequeños, ! ofrecen ma!or vida til que las bandastradicionales de la competencia.

*/1D/- 1E0/D/- $+)+ 0

Estas bandas se utilizan para el transporte inclinado de material a granel detamaño medio ! grande, permitiendo la evacuación de agua gracias a que losnervios no se cierran. )os recubrimientos estándar son anti abrasivos, resistentesa los agentes atmosfricos ! con un rango de temperatura de traba"o desde 78?M aNJ?M&, aunque este recubrimiento podría ser particularizado segn necesidades.


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El perfil del nervio permite un transporte con inclinación de %asta B?M, además elpaso de dic%o nervio %a sido estudiado para que no dañe los tambores de retorno.

POLEAS


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$olea simple fi"a5

)a manera más sencilla de utilizar una polea es colgar un peso en un e(tremo dela cuerda, ! tirar del otro e(tremo para levantar el peso.


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$/2E- DE


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diferentes combinaciones de maza. -us mazas pueden ser sólidas, de ra!os opartidas ! tambin con otras modificaciones de la polea básica.

)as poleas para bandas de mando positivo o polea dentada, se encuentrandisponibles en una amplia variedad de medidas ! anc%os.

$ara la solución del problema planteado, se consideró primero el diseño de unsistema de poleas simples


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-in embargo, a pesar de %aber reducido la fuerza aplicada por el traba"ador, !levantar la carga, no eliminaba el otro ob"etivo, la salud de los traba"adores, dic%oesfuerzo aun implicaba posibles lesiones de tipo lumbar ! muscular.

)a segunda opción que se puso en consideración, fue un sistema con una flec%aimpulsada por motorT

RECONOCIMIENTO DE LA NECESIDAD:

En determinada empresa, se pudo apreciar una falencia que %abía en cuanto a ladistribución de materiales, !a que es necesario llevarlo %asta un segundo piso, ! elmaterial es pesado ! puede causar lesiones, por lo que se ideo la construcción deuna máquina de transmisión de correas para poder llevar los repuestos de un taller

de autopartes nuevo, pero que queda ubicado en un segundo piso

DEFINICION DEL PROBLEMA:


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-e buscó una solución para poder llevar los repuestos a un segundo piso, !a que%a! muc%os elementos pesados por el cual, el transporte de estos es mu!complicado para la salud de los traba"adores generándoles complicaciones de tipomuscular ! lumbar.

)uego para la solución de dic%o problema se realiza el sistema mecánico para eltransporte de estas cargas, para así proteger la salud de los traba"adores !garantizar que no %allan accidentes laborales ! sea me"or el rendimiento internode la empresa.

SÍNTESIS:

-e %icieron los cálculos de las poleas ! los e"es que se necesitan para poder transportar esas cargas %asta el segundo piso, ! así asegurar el funcionamiento

optimo de la máquina.$ara asegurar el correcto funcionamiento de la transportadora, se decidió %acer unestudio por separado de las poleas, los e"es, ! el motor.

Caciendo el análisis respectivo de la polea ! para nuestro caso específicoencontramos las siguientes venta"as ! desventa"as.

Ventaja: )as poleas nos sirven de muc%o para multiplicar fuerzas, ! lo

más primordial es que las poleas; pues la ma!oría van en un e"e ! en otroscasos sobre un rodamiento que es el que requeriría el mantenimiento.

De!entaja: -e generan prdidas de potencia por la fricción.

U del análisis del e"e encontramos venta"as ! desventa"as.

• 0enta"as5

7 'enos probabilidad de romperse o atascarse, un problema comn con las

bicicletas con transmisión de cadena.

7 El uso de un sistema de engrana"es ofrece un movimiento de pedalada más

constante ! suave.

7 'enor mantenimiento que un sistema de cadena cuando el árbol de transmisión

está encerrado en un tubo, lo más comn.

• De!entaja:


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7 -i no %a! un mantenimiento óptimo, podemos garantizar la eficiencia en el

e"e para la transmisión de la potencia.

SÍNTESIS DIMENSIONAL:

DIMENSIONES:

7 $olea5 P∅

1 5 F? cm

P∅2: B cm

7 E"e5

)ongitud5 ,?I mDiámetro5 8,8 cm

• LIMITACIONES: )a máquina no puede ser mu! robusta debido al espacio

de traba"o.

• VELOCIDADES: )as velocidades de operación son ba"as; en el tambor es

de $' ! en la polea de salida es 6?8,F $'.

COSTOS: -e utiliza para la polea acero /+-+ 8B? ! tiene un precio deV6W???.???, ! para las poleas /+-+ 6?8? con precio de V6W??.??? ! senecesita un motor de F.6> X de precio VW???.???.

El diseño se cobra por obra de mano, monta"e ! V8W???.??? para un costototal de V>W??.???.

AN"LISIS Y OPTIMI#ACI$N:

-e encontró una limitante en la potencia del motor ! en el espacio de traba"o loque se vio forzado a redimensionar estos elementos, por consiguiente se necesitó%acer de nuevo cálculos para solucionar la limitante encontrada.

EVALUACI$N:

Ua %abiendo superado los inconvenientes, finalmente el diseño cumplió con lase(pectativas ! se logra solucionar el problema planteado en el inicio, ! unosproblemas adicionales que se presentaron a medida que se desarrollaba eldiseño.


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/ futuro se puede utilizar en la empresa más de un transportador para el trasladode la mercancía ! así aumentar la productividad de la misma.

-e realizaron los siguientes cálculos para determinar qu elementos utilizar.

CALCULOS: /nálisis del peso

∑ Fy=¿ m.a 0 Y v0 N a.t

/ Yv

t Y 4,5

m

s

5s Y ?,>

m

s2

2 7 X Y m.a2 Y m.a N X

2 Y [ (1000 kgf )∗0,9 ms2+1000 kgf ∗9.8 N

1 Kgf ]2Y 6?.J6? 1

$ Y 2. w Y [ F ∗r ]∗[V r ]$ Y (10.710 )∗(4.5)=¿ F.6> Z

Ptambor= P Polea2

P Polea2=48.195

$)E/-5&álculo de $oleas5

P2


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P1

Datos de las $oleas

P∅1 5 F? cm Y ?.F m

P∅2: B cm Y ?.B m

D p2 D p1

=

n p1n p2

-e tiene la relación

n p1n p2=

2.285

)as $' de P2 son las mismas del tambor así que5

w tambor=v

r

=4.5

m

s

0.1m

=45 RPM

W tambor=W Polea2=45 RPM


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-e aplica la ecuación de relación

n p145 RPM

=2.285 Y n p1=102.85 RPM

Peometría de las $oleas5

P2

I? cm

P1

∝

a

b

c

d

L= ´ AE+ ´ EF + ´ FB+ B́A


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-e %alla la distancia entre centro

ĆD=√ CD2−D2

PDY *D [ *P

PD Y r2−r1= D

2− D

1

2

ĆD=√CD2−( D

2− D

1

2 )2

&H Y r1∗∅1

DE Y r2∗∅2

&H Y r1∗∅1=r1∗(180−2 ! )∗"

180

DE Y r2∗∅2=r2∗(180−2∝ )∗"

180

-e aclara que∝=

!

-e reemplaza en la ecuación de la longitud

L=2∗√CD2−( D

2− D

1

2 )2

+¿ &H Y r1∗∅1 N r2∗∅2

sen∝= ´ DĆ

=r2−r1C# = D2− D12C#

/%ora se %alla la )


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∝=sen−1( 0.8 $ 0.352∗0.6 )=22.02%

L=2∗

√0.6

2

−

(0.8 $ 0.35

2 )2

+0.83+3.12

L=5.06m

$olea $equeña será la polea conductora

F 1

F 2=e &'

E\E-5

$ Y >.F6? 1 ¿ F 1cos∝=80.361,68 N

H6 Y FIIJ8.FJ 1 F 2 (= F 2 cos∝=56583.46 N

H8 Y I6?8J.8B F 1 y= F 1 sen∝=32468,22 N

Diagrama de A 7 =


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− F 1 (− F 2 (− A(−B(+ P=0

∑ Ma=0

F

(¿¿1 (+ F 2 ()0.2−0.2B(+0.4 P=0¿

A(=−283697.84 N

B(=156563.96 N


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/l observar el diagrama de cortantes vemos que el punto crítico es /

M ma(=√ (27389,09 )2+(1921,484 )

2=27456,32 N ) m

2orque es

2 Y $ ] r Y 3>F6?4 ]

#*ametro

2 Y 3>F6?4 ] 3?.6?4 Y >F6 N ) m

$ara %allar el diámetro mínimo tomamos un factor de seguridad de 8

#=[32ns" +y √ M ma(2−3, 42

]1

3

2eoría de distorsión de energía

dY ?.?FJJ m Y F.JJ cm pero al normalizarlo se tiene > cm

-iendo -!5 F8J.BF 'pa


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$UE&2 DE D+-E^

+ntegrantes

D/1+E) /1D_- /*E &/+))


28/30

-EP+ /1D_- '/&1+ &


29/30


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E0/)

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