ES2266717T3 - Cintas de aluminio chapado en cobre y procedimiento de fabricacion de cintas de aluminio chapado en cobre. - Google Patents
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Abstract
Una cinta de aluminio chapado en cobre recubierta para su uso como conductor, siendo capaz dicha cinta de ser conformada en forma de tubo, comprendiendo dicha cinta una cinta (1) de aluminio que tiene un primer borde (11) longitudinal y un segundo borde (12) longitudinal, estando provista dicha cinta de aluminio con un chapado (2) en cobre, caracterizada porque la cinta (1) de aluminio es más ancha que el chapado de cobre (2), de manera que dicha cinta de aluminio carece de chapado de cobre en correspondencia con dicho primer borde (11) longitudinal y dicho segundo borde (12) longitudinal.
Description
Cintas de aluminio chapado en cobre y
procedimiento de fabricación de cintas de aluminio chapado en
cobre.
La presente invención se refiere, generalmente,
a cintas de aluminio chapado en cobre para su uso como conductores
en cables coaxiales. Más concretamente, la presente invención se
refiere a una cinta de aluminio chapado en cobre que puede ser
conformada en forma de tubo y usada como conductores tanto interior
como exterior de un cable coaxial, en el que la cinta tiene un
primer borde, un segundo borde y una parte intermedia dispuesta
entre el primer borde y el segundo borde y que está chapada en
cobre.
Tradicionalmente, los cables de radiofrecuencia
coaxiales constan de un conductor de cobre interno y un conductor
de cobre externo con un dieléctrico en medio. El dieléctrico rodea y
aísla eléctricamente el conductor interno. Normalmente, el
dieléctrico es un material de espuma. Los conductores de cobre
pueden ser tanto lisos como ondulados.
Debido a que el cobre es un metal costoso, se
buscan con frecuencia alternativas al cobre puro. En la industria
de la televisión por cable, es posible sustituir el conductor
interior de cobre por un conductor de aluminio chapado en cobre.
Esto es posible porque, debido a las radiofrecuencias, la corriente
en el conductor interno no llena la totalidad de la sección
transversal del conductor. Por el contrario, la corriente se
infiltra hacia el exterior del conductor. Este fenómeno se conoce
como efecto piel. El efecto piel permite que el conductor de
aluminio chapado en cobre funcione como un conductor de cobre
puro.
En el documento
G8-A-1 479 912, por ejemplo, se
revela un conductor del tipo de conductor de aluminio chapado en
cobre, que se considera que representa la técnica anterior más
próxima, es más económico que un conductor de cobre puro debido al
precio más alto del cobre por unidad de peso en comparación con el
precio del aluminio por la misma unidad de peso. Además, hay una
diferencia sustancial entre los pesos específicos de los dos
metales. El cobre tiene un peso específico tres veces superior al
peso específico del aluminio. Como consecuencia, el uso del cable
de aluminio chapado en cobre está muy admitido en cables de
radiofrecuencia solamente en los que el conductor interno (en forma
de hilo) tiene un diámetro inferior a 10 mm. El uso de un aluminio
chapado en cobre tanto para el conductor externo como para conductor
interno de diámetro superior a 10 mm no se ha mostrado práctico
porque estos conductores usan un material de cinta chapada en cobre
que está soldado con costura dentro de un tubo para construir los
hilos del cable coaxial. La cinta de aluminio chapado en cobre es
frágil en la costura de soldadura intermetálica de cobre/aluminio y
se agrieta y se rompe al doblarse el cable. Debido a que una cinta
de aluminio chapado en cobre presentaría ahorros sustanciales en los
costes respecto de los conductores de cobre puro con diámetros
mayores, existe la necesidad de una cinta de aluminio chapado en
cobre que pueda formar un conductor de diámetro suficiente para ser
usado en cables coaxiales mayores, es decir, cables con un diámetro
interior superior
a 10 mm.
a 10 mm.
Los documentos
US-B-6 189 770 y
US-A-
3 854 193 revelan otros ejemplos de productos de aluminio chapado en cobre.
3 854 193 revelan otros ejemplos de productos de aluminio chapado en cobre.
La invención se refiere a un dispositivo y a un
procedimiento definidos en las reivindicaciones independientes (En
las reivindicaciones independientes se definen realizaciones de los
mismos).
La presente invención proporciona una cinta de
aluminio chapado en cobre que puede conformada en forma de tubo,
que tiene un primer borde y un segundo borde, en la que la anchura
de la cinta de aluminio es más amplia que la parte de cobre, de
manera que el primer borde y el segundo borde constan totalmente de
aluminio.
Además, la presente invención proporciona una
cinta de aluminio que consta de una primera parte de borde, una
segunda parte de borde y una parte intermedia dispuesta entre la
primera parte de borde y la segunda parte de borde y que está
chapada en cobre.
La presente invención proporciona también un
conductor de aluminio chapado en cobre en el que al menos el 70% de
la circunferencia exterior del conductor está chapada en cobre.
Además, la presente invención proporciona un
conductor de aluminio chapado en cobre en el que al menos el 70% de
la circunferencia interior del conductor está chapado en cobre.
La presente invención proporciona un
procedimiento de fabricación de un producto de aluminio chapado en
cobre, comprendiendo el procedimiento las etapas de, tratamiento de
una cinta de aluminio en una cámara bajo un gas protector para que
esté sustancialmente limpia de contaminantes, tratamiento de una
cinta de cobre en una cámara bajo un gas protector para que esté
sustancialmente limpia de contaminantes, y pegado de la cinta de
aluminio y la cinta de cobre entre sí para formar una cinta de
aluminio chapado en cobre, en el que la cinta de aluminio tiene una
anchura y en el que la cinta de cobre tiene una anchura menor que la
anchura de la cinta de aluminio.
Una variante de la invención proporciona un
procedimiento de fabricación de un producto de aluminio chapado en
cobre, comprendiendo el procedimiento las etapas de, tratamiento de
una cinta de aluminio en una cámara bajo un gas protector para que
esté sustancialmente limpia de contaminantes, tratamiento de una
cinta de cobre en una cámara bajo un gas protector para que esté
sustancialmente limpia de contaminantes, y pegado térmico por
compresión de la cinta de aluminio y de la cinta de cobre entre sí
para formar una cinta de aluminio chapado en cobre.
La presente invención presenta los beneficios de
un bajo coste y de un peso ligero. Esos y otros beneficios y
ventajas se harán evidentes en la Descripción Detallada de la
Invención.
Con el fin de que la presente invención se
entienda fácilmente y se practique cómodamente, seguidamente se
describirá la presente invención haciendo referencia a los dibujos
adjunto, a fines de ilustración y no de limitación, en los que:
La figura 1 muestra un diseño de cable de la
técnica anterior con tubería de cobre íntegra tanto para el
conductor interior como para el exterior.
La figura 2 muestra un aparato de chapado de la
presente invención usado para crear las cintas de aluminio chapadas
en cobre de la presente invención que, seguidamente, pueden recibir
forma de tubo para su uso como conductores interno y externo de un
cable coaxial.
La figura 3 muestra una vista de una sección
transversal de un extremo de las cintas de aluminio chapado en
cobre que luego pueden recibir la forma de tubo para su uso como
conductores interior y exterior de un cable coaxial.
La figura 4 muestra un procedimiento de
fabricación para fabricar cintas de aluminio chapado en cobre en
forma de tubo para su uso como conductores interno y externo de un
cable coaxial.
La figura 5 muestra una vista de una sección
transversal de una cinta chapada en cobre hecha en forma de tubo
que se puede usar como conductor exterior de un cable coaxial, y
muestra específicamente la costura de soldadura.
La figura 6 muestra una vista de una sección
transversal de un cable coaxial resultante de la presente invención
con tubería de aluminio chapado en cobre para los conductores tanto
interior como exterior.
La figura 7 muestra una representación gráfica
de la atenuación de un cable coaxial construido con conductores de
acuerdo con la presente invención y de la atenuación de un cable
coaxial de la técnica anterior, en función de la anchura de la
costura de soldadura.
La figura 1 muestra un diseño de cable de la
técnica anterior con tubería de cobre íntegra para los conductores
tanto interior como exterior. Como se expuso anteriormente, el cobre
es un metal costoso y, por consiguiente, a fines de reducción de
costes es de interés usar una alternativa a los conductores de cobre
puro.
La figura 2 muestra un aparato de chapado de
acuerdo con la presente invención que se puede usar para crear las
cintas de aluminio chapado en cobre que, seguidamente, se pueden
conformar como tubos para su uso como conductores tanto interno
como externo de, por ejemplo, un cable coaxial. Como se muestra en
la figura 2, la cinta 1 de aluminio y la cinta 2 de cobre son
desplazadas por rodillos 8 de soporte. Se entiende que la cinta de
aluminio puede ser de aluminio puro, o de una aleación de aluminio
de la serie 3000, o un duraluminio al magnesio de gran resistencia,
entre otros materiales. La cinta 1 de aluminio y la cinta 2 de
cobre, tratadas para mantenerlas limpias de contaminantes
orgánicos, se desenrollan de manera continua desde su bobina en
servicio (no se muestran). En dos cámaras 13, 14 separadas, la cinta
2 de cobre y la cinta 1 de aluminio, respectivamente, se cepillan
con cepillos 9 bajo un gas protector o gas reductor para prevenir la
formación de óxido en la interfaz de pegado. Es preferible que las
cámaras 13, 14 estén sustancialmente cerradas de manera que la
presión interior de las cámaras 13, 14 esté por encima de la presión
atmosférica. Es decir, las cámaras 13, 14 pueden estar parcialmente
selladas en las entradas 40 de las cámaras por cualquier mecanismo
adecuado que reduzca la cantidad de gas de escape sin que, al mismo
tiempo, dañe la cinta entrante, tal como una almohadilla de
fieltro. Esto permitirá que las cintas 1 y 2 entren en sus
respectivas cámaras con una mínima pérdida de presión en las
cámaras 13 y 14. Las cintas 1 y 2 salen de sus respectivas cámaras
13,14 a través de las salidas 41 de las cámaras bajo la cobertura
del gas protector presurizado que sale. Las salidas 41 de las
cámaras pueden ser simplemente ranuras estrechas o cualquier otro
mecanismo adecuado que permita una mínima pérdida de presión dentro
de las cámaras 13,14. Preferiblemente, la presión media dentro de
las cámaras 13, 14 es mayor que la atmosférica y puede ser de 1013
barias. Como se afirmó anteriormente, esto asegura que las
superficies activadas de las cintas 1 y 2 estén protegidas contra la
oxidación. El gas protector puede ser un gas inerte. Es preferible,
pero no necesario, que el gas protector sea argón o helio, o una
mezcla de argón y helio. También es preferible que las cámaras 13,14
contengan menos de 8 partes por millón (ppm) de oxígeno.
Las cintas 1 y 2 salen de las cámaras 13,14 y se
encuentran en la ranura del laminador 10 donde son pegadas por
compresión para formar una cinta 3 de aluminio chapado en cobre por
recubrimiento. Es preferible que el laminador 10 esté físicamente
cerca de las salidas 41 para que las superficies activadas de la
cinta 2 de cobre y de la cinta 1 de aluminio estén protegidas por
el gas protector contra la oxidación hasta que se encuentren en la
ranura del laminador 10. Al encontrarse las cintas 1 y 2 en la
ranura del laminador 10, la compresión del laminador 10 produce un
aumento de la temperatura y, como consecuencia de la compresión y de
la temperatura se produce el pegado entre las cintas 1 y 2. Sin
embargo, se entiende que se pueden usar otros procedimientos de
pegado entre las cintas 1 y 2, tal como un pegado en el que se añade
calor para lograr una temperatura superior a la resultante de la
compresión solamente. Una reducción del espesor total de los dos
metales en el entorno del 25% al 65% puede producir el pegado
deseado sin el recocido intermedio y con el espesor de las cintas
exactamente requerido. Es preferible, aunque no necesario, que el
espesor de la parte 2 de cobre sea inferior al 12%, aproximadamente,
del espesor total de la cinta 3 de aluminio chapado en cobre.
Cuanto más fino sea el cobre, menos costoso será el producto
final.
Se sabe que en los procedimientos habituales de
chapado de cintas de diferentes metales de la técnica anterior se
usan cintas activadas. Estas cintas activadas se reducen
conjuntamente en, aproximadamente, un 60% o más respecto del
espesor total combinado de ambos metales en una atmósfera de aire.
Esta gran reducción rompe las capas de óxido de las superficies de
contacto y hace que se peguen las áreas limpias de los dos metales.
Sin embargo, a veces eso no es suficiente para obtener el pegado
deseado y es necesario un proceso de recocido para mejorar la
fuerza de sujeción. Además, la gran reducción puede producir grietas
en los bordes de la cinta lo que, a continuación, exige la
implementación de una etapa de recorte. La etapa adicional de
recorte da lugar a grandes costes como consecuencia del recorte.
Asimismo, el óxido de aluminio que puede quedar en la interfaz de
pegado, puede dar lugar a la fractura del chapado de cobre fino
durante las posteriores operaciones de elaboración. Por
consiguiente, este procedimiento de la técnica anterior no es muy
viable económicamente. Además, este procedimiento de la técnica
anterior es poco eficaz debido al coste del recocido del pegado. Por
consiguiente, el procedimiento de la presente invención expuesto
anteriormente presenta muchas ventajas sobre el procedimiento de la
técnica anterior expuesto.
La figura 3 muestra una vista de una sección
transversal de un extremo de la cinta 3 de aluminio chapado en
cobre que, seguidamente, se le puede dar forma de tubo para que
sirva de conductor interior o exterior de un cable coaxial. Como se
muestra en la figura 3, es preferible que la anchura de la parte 1
de aluminio de la cinta 3 de aluminio chapado en cobre sea más
amplia que la anchura de la parte 2 de cobre de la cinta 3 de
aluminio chapado en cobre. Más concretamente, es preferible que los
bordes 11, 12 de la parte 1 de aluminio se extiendan más allá de
los extremos 21, 22, respectivamente, de la parte 2 de cobre de la
cinta 3 de aluminio chapado en cobre. La anchura de la parte 2 de
cobre de la cinta 3 de aluminio chapado en cobre, preferiblemente,
no es mayor que, aproximadamente, el 30% de la anchura de la parte 1
de aluminio de la cinta 3 de aluminio chapado en cobre. Es
preferible que los bordes 11, 12 de aluminio sean de un tamaño
mínimo. Los bordes 11, 12 de aluminio deben ser solo
suficientemente anchos para producir una costura de soldadura lo
menor posible o una separación lo menor posible cuando los extremos
31, 32 de la parte 1 de aluminio se ponen en contacto como se
describió anteriormente. Las dimensiones de los bordes 11, 12 se
pueden optimizar para que, después de la fabricación de los
conductores de cable de radiofrecuencia con los mismos, el
incremento del adelgazamiento del cable resultante sea inferior al
0,8% comparado con un cable coaxial de radiofrecuencia con
conductores solo de cobre para todas las frecuencias de interés.
La figura 4 muestra un procedimiento de
conformación que se puede usar para la conformación de las cintas
de aluminio chapado en cobre en forma de tubo para su uso como
conductores interno y externo de un cable coaxial. Como se muestra
en la figura 4, la cinta 3 de aluminio chapado en cobre se dobla
para formar un tubo poniendo los extremos 31, 32 en contacto.
Debido a que la parte 2 de cobre no es tan ancha como la parte 1 de
aluminio, los extremos 21, 22 no se ponen en contacto. Se puede
usar cualquier procedimiento de doblado conocido. Las partes 11, 12
de aluminio excedentes de la cinta de aluminio chapado en cobre se
pasan seguidamente bajo un electrodo 6 de soldadura para formar una
costura 5 de soldadura. Es decir, las partes 11, 12 de aluminio se
sueldan entre sí para mantener la cinta 3 chapada en cobre con la
forma del tubo formado. La figura 4 muestra el tubo que se forma
con la parte 2 de cobre de la cinta 3 de aluminio chapado que está
en el interior del tubo formado resultante. Se entiende que el tubo
se puede formar también de manera que la parte 2 de cobre de la
cinta 3 de aluminio chapado en cobre esté en el exterior del tubo
formado resultante (no se muestra). En cualquier caso, las partes
11, 12 de aluminio excedentes de la cinta 3 de aluminio chapado en
cobre se sueldan entre sí para formar una costura 5 de
soldadura.
La figura 5 muestra una vista de una sección
transversal de una cinta 3 chapada en cobre hecha en forma de tubo
que se puede usar como conductor exterior de un cable coaxial, y
muestra, específicamente, la costura 5 de soldadura. En la figura 5
se muestra también la separación "g" que da lugar a una capa 2
de cobre cuando las partes 11, 12 de aluminio se sueldan entre
sí.
La figura 6 muestra una vista de una sección
transversal de un cable coaxial resultante de la presente invención
con tubería de aluminio chapado en cobre tanto para el conductor
interno como para el externo. La cinta 3 interna de aluminio
chapado en cobre puede ser ondulada o lisa y funciona como conductor
interno. La parte 2 de cobre de la cinta 3 interna de aluminio
chapado en cobre está en el exterior de la cinta 3. El dieléctrico
7 se muestra dispuesto entre las cintas 3 de aluminio chapado en
cobre interior y exterior. Típicamente, el dieléctrico 7 es
polietileno ("PE") espumado físicamente. La cinta 3 de aluminio
chapado en cobre exterior puede ser ondulada o lisa y funciona como
conductor exterior. La parte 2 de cobre de la cinta 3 de aluminio
chapado en cobre exterior está en el interior de la cinta 3. Tanto
la cinta 3 de aluminio chapado en cobre interior como la exterior
tienen una pequeña separación "g" en las respectivas partes 2
de cobre, como se muestra en la figura 6. La relación de estas
separaciones a la circunferencia de la cinta 3 incrementa la
atenuación de una señal conducida a lo largo del cable. La amplitud
de la separación también depende del procedimiento de soldadura, no
obstante, de acuerdo con la presente invención, la cinta 3 se puede
fabricar para cualquier procedimiento de soldadura y obtener una
costura de anchura mínima y, consecuentemente, el menor incremento
en atenuación.
La figura 7 muestra una representación gráfica
de la atenuación de un cable coaxial que usa conductores de acuerdo
con la presente invención y de la atenuación de un cable coaxial de
la técnica anterior, en ambos casos en función de la anchura de la
costura 5 de soldadura (que es igual a la anchura de la separación
"g"). La figura 7 muestra la interdependencia entre el
incremento de la atenuación y la relación de la separación en
función de la circunferencia del diámetro operativo de los
conductores 3.
La atenuación total "A" del cable de
conductores de aluminio chapado en cobre/cobre chapado en aluminio
de la presente invención es la suma de la atenuación del conductor
"al" interno y de la atenuación del conductor "ae"
externo. "A" se muestra en relación a "Ao" que es la
atenuación de un cable coaxial analógico con conductores de
cobre/cobre, como se muestra en la figura 7.
Aunque en cualquier cable de conductores de
aluminio chapado en cobre, el incremento de la atenuación no supera
el 1% en el peor de los casos, la figura 7 muestra la posibilidad de
reducir cualquier incremento de la atenuación hasta un mínimo
produciendo una cinta de aluminio chapado en cobre hecha a la medida
para todo posible cable coaxial que tenga en ambos conductores la
separación más pequeña posible.
Al soldar la cinta chapada en forma de tubo de
la técnica anterior se presenta un problema que está en los
diferentes puntos de fusión de los dos metales chapados. Por
ejemplo, si la cinta es de aluminio chapado en cobre, y se intenta
soldar el cobre, el aluminio se vaporiza. Si se intenta soldar el
aluminio, el cobre entra en disolución y hace que la costura sea
frágil. La presente invención supera este problema produciendo una
cinta que tiene un área de aluminio a soldar sin cobre.
Aunque la presente invención ha sido descrita en
conjunción con realizaciones preferidas de la misma, los expertos
en la técnica admitirán que se pueden hacer muchas modificaciones y
variaciones. Las siguientes reivindicaciones están concebidas para
cubrir la totalidad de dichas modificaciones y variaciones.
Claims (21)
1. Una cinta de aluminio chapado en
cobre recubierta para su uso como conductor, siendo capaz dicha
cinta de ser conformada en forma de tubo, comprendiendo dicha cinta
una cinta (1) de aluminio que tiene un primer borde (11)
longitudinal y un segundo borde (12) longitudinal, estando provista
dicha cinta de aluminio con un chapado (2) en cobre,
caracterizada porque
la cinta (1) de aluminio es más ancha que el
chapado de cobre (2), de manera que dicha cinta de aluminio carece
de chapado de cobre en correspondencia con dicho primer borde (11)
longitudinal y dicho segundo borde (12) longitudinal.
2. La cinta de aluminio chapado en
cobre de acuerdo con la reivindicación 1, en la que al menos
aproximadamente el 70% de la anchura de la cinta de aluminio está
chapado en cobre.
3. La cinta de aluminio chapado en
cobre de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en
la que el espesor del chapado de cobre es menor que aproximadamente
el 12% del espesor total de la cinta de aluminio chapado en
cobre.
4. La cinta de aluminio chapado en
cobre de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
para su uso como conductor en un cable coaxial.
5. Un conductor de aluminio chapado en
cobre recubierto que comprende una cinta de aluminio chapado en
cobre que tiene dos extremos (11, 12) longitudinales,
caracterizado porque dicha cinta de aluminio chapado en
cobre es una cinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
6. El conductor de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que al menos el 70% de la circunferencia
exterior del conductor está chapado en cobre.
7. El conductor de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que el espesor del
chapado de cobre es menor que el 12% del espesor total de la parte
de aluminio chapado en cobre del conductor.
8. El conductor de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que al menos el 70% de la circunferencia
interior del conductor está chapado en cobre.
9. El conductor de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el espesor del chapado de cobre es
menor que el 12% del espesor total de la parte de aluminio chapado
en cobre del conductor.
10. El conductor de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 5 - 9, en el que los extremos
(11, 12) longitudinales de la cinta están soldados entre sí.
11. Un cable coaxial,
caracterizado porque comprende al menos un conductor de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 10.
12. El cable coaxial de acuerdo con la
reivindicación 11, que comprende dos conductores dispuestos
coaxialmente, siendo cada uno de dichos conductores un conductor de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 - 10.
13. Un procedimiento de fabricación de un
producto de aluminio chapado en cobre, comprendiendo el
procedimiento las etapas de:
- (a)
- tratamiento de una cinta de aluminio en una cámara bajo un gas protector para que esté sustancialmente limpia de contaminantes;
- (b)
- tratamiento de una cinta de cobre en una cámara bajo un gas protector para que esté sustancialmente limpia de contaminantes; y
- (c)
- pegado de la cinta de aluminio y la cinta de cobre entre sí para formar una cinta de aluminio chapado en cobre;
en el que la cinta de aluminio
tiene una anchura y en el que la cinta de cobre tiene una anchura
menor que la anchura de la cinta de
aluminio.
14. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que la etapa de tratamiento de una cinta
de aluminio incluye la etapa de cepillado de la cinta de
aluminio.
15. El procedimiento de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, en el que el tratamiento
de una cinta de cobre incluye la etapa de cepillado de la cinta de
cobre.
16. El procedimiento de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13 - 15, en el que el gas
protector de las etapas de tratamiento es un gas inerte.
17. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 16, en el que el gas protector de las etapas de
tratamiento es argón.
18. El procedimiento de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13 - 17, en el que la etapa de
pegado es un pegado térmico por compresión.
19. El procedimiento de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13 - 18, en el que las etapas de
tratamiento son realizadas a una presión superior a la
atmosférica.
20. El procedimiento de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 13 - 19, que incluye además la
etapa de conformación de la tira de aluminio chapado en cobre en
forma de tubo.
21. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 20, que comprende además la etapa de unión de las
partes extremas longitudinales de la cinta de aluminio chapado en
cobre soldando entre sí dichas partes extremas, estando dichas
partes extremas sin chapado de cobre.
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