{"id":645,"date":"2026-05-29T03:51:42","date_gmt":"2026-05-29T03:51:42","guid":{"rendered":"https:\/\/planetary-gearboxes.com\/?p=645"},"modified":"2026-05-29T03:55:12","modified_gmt":"2026-05-29T03:55:12","slug":"how-planetary-gearbox-works-mechanism-explained","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/planetary-gearboxes.com\/es\/how-planetary-gearbox-works-mechanism-explained\/","title":{"rendered":"C\u00f3mo funciona una caja de engranajes planetarios"},"content":{"rendered":"

<\/p>\n
\"C\u00f3mo<\/p>\n
\n
An\u00e1lisis profundo de la ingenier\u00eda \u00b7 Mecanismo \u00b7 F\u00f3rmula \u00b7 F\u00edsica de la eficiencia<\/div>\n

C\u00f3mo funciona una caja de engranajes planetarios \u2014
\nExplicaci\u00f3n del engranaje solar, el portaplanetarios y la corona dentada.<\/h1>\n

La disposici\u00f3n de engranajes planetarios logra lo que ninguna caja de engranajes de ejes paralelos puede igualar: m\u00e1xima densidad de par en m\u00ednimo espacio, a trav\u00e9s de la f\u00edsica de distribuci\u00f3n de la carga a trav\u00e9s de m\u00faltiples puntos de contacto simult\u00e1neos<\/strong>Esta explicaci\u00f3n t\u00e9cnica abarca el mecanismo, la f\u00f3rmula de la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n, la f\u00edsica de la eficiencia y las decisiones de dise\u00f1o que convierten a la transmisi\u00f3n planetaria en el est\u00e1ndar mundial para los servomotores de precisi\u00f3n.<\/p>\n

Explorar la serie de EP Ever-Power de Corea \u2192
\n<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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\n

Los cuatro componentes que hacen funcionar una caja de engranajes planetarios<\/h2>\n
\n

<\/p>\n

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\n

Sistema de engranajes planetarios: vista en secci\u00f3n transversal<\/p>\n

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\n

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<\/div>\n

<\/p>\n

Corona dentada (fija)<\/div>\n

<\/p>\n

PLANETA
\nP1<\/span><\/div>\n

<\/p>\n

PLANETA
\nP2<\/span><\/div>\n

<\/p>\n

PLANETA
\nP3<\/span><\/div>\n

<\/p>\n

SOL
\nENGRANAJE
\nAPORTE<\/span><\/div>\n

<\/p>\n

<\/div>\n

<\/p>\n

\n
\u2193<\/div>\n
PORTADOR PLANETA \u2192 SALIDA<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
\n
Engranaje solar: eje de entrada del motor<\/div>\n
Engranajes planetarios (3\u00d7) \u2014 \u00f3rbita + rotaci\u00f3n<\/div>\n
Engranaje anular: fijado a la carcasa<\/div>\n
Portaplanetarios \u2014 eje de salida<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>\n

\n

Para comprender el funcionamiento de una caja de engranajes planetarios, es fundamental conocer sus cuatro componentes mec\u00e1nicos. Una caja de engranajes planetarios, tambi\u00e9n llamada caja de engranajes epicicloidal, consta de cuatro componentes mec\u00e1nicos dispuestos en una geometr\u00eda conc\u00e9ntrica que le confiere una excepcional densidad de par. Comprender el funcionamiento de cada componente agiliza y optimiza las decisiones de selecci\u00f3n, diagn\u00f3stico y mantenimiento.<\/p>\n

\n
\n

\u2600 Sun Gear \u2014 El elemento de entrada<\/strong><\/p>\n

Montado en el eje de entrada y accionado directamente por el motor, el engranaje solar engrana simult\u00e1neamente con los tres engranajes planetarios, transmitiendo el par motor al conjunto de engranajes planetarios. Su n\u00famero de dientes (Z_sun) es la variable principal que determina la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n, junto con el n\u00famero de dientes de la corona dentada.<\/p>\n<\/div>\n

\n

\u2699 Engranajes planetarios: los elementos de reparto de carga<\/strong><\/p>\n

Tres engranajes planetarios (configuraci\u00f3n est\u00e1ndar) engranan simult\u00e1neamente con el engranaje solar en su radio interior y con la corona dentada en su radio exterior. Cada engranaje planetario gira sobre su propio eje mientras orbita alrededor del engranaje solar; este movimiento dual (rotaci\u00f3n + revoluci\u00f3n) es la fuente cinem\u00e1tica de la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n. Fundamentalmente, los tres engranajes planetarios comparten el par aplicado por igual, por lo que cada diente planetario soporta solo un tercio de la carga total en cualquier instante.<\/p>\n<\/div>\n

\n

\u2b21 Corona dentada: el elemento de reacci\u00f3n exterior fijo<\/strong><\/p>\n

La corona dentada es el componente m\u00e1s grande, con dientes internos que engranan con el radio exterior de los engranajes planetarios. En una caja de engranajes planetarios est\u00e1ndar, la corona dentada est\u00e1 fija a la carcasa y no gira. Los engranajes planetarios ruedan contra la parte interior de la corona dentada durante su \u00f3rbita. El n\u00famero de dientes de la corona dentada (Z_ring) determina la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n m\u00e1xima posible para un tama\u00f1o de engranaje solar dado.<\/p>\n<\/div>\n

\n

\u21bb Planet Carrier \u2014 El elemento de salida<\/strong><\/p>\n

El portaplanetarios es la estructura que sostiene los tres ejes de los engranajes planetarios. Gira a la velocidad de salida mientras los engranajes planetarios orbitan alrededor del engranaje central. El eje de salida est\u00e1 unido al portaplanetarios. En una caja de engranajes de \u00e1ngulo recto, el eje del portaplanetarios se conecta a una etapa c\u00f3nica que cambia la direcci\u00f3n de salida; en una caja de engranajes en l\u00ednea, el eje del portaplanetarios es la salida directa.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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FLUJO DE POTENCIA: DE ENTRADA A SALIDA<\/p>\n

Motor \u2192 [El engranaje solar gira] \u2192 [Engranajes planetarios: giran sobre su propio eje + orbitan alrededor del sol] \u2192 [El portaplanetarios se mueve] \u2192 Eje de salida<\/div>\n

La corona dentada es fija (est\u00e1 sujeta a la carcasa). El engranaje solar acciona los engranajes planetarios, que est\u00e1n restringidos por la corona dentada. El \u00fanico grado de libertad restante es el movimiento orbital del portaplanetarios, que se convierte en la salida. Esta geometr\u00eda de restricci\u00f3n es la que genera la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

<\/p>\n

\n

C\u00f3mo se calcula la relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n: la ecuaci\u00f3n de Willis para cajas de engranajes planetarios<\/h2>\n
\n
\n

La relaci\u00f3n de transmisi\u00f3n de una caja de engranajes planetarios con corona fija viene dada por la ecuaci\u00f3n de Willis, que recibe su nombre de Robert Willis, quien sistematiz\u00f3 el an\u00e1lisis de engranajes epic\u00edclicos en 1841. Para la configuraci\u00f3n est\u00e1ndar (corona fija, engranaje solar de entrada, portador de salida):<\/p>\n

\n

ECUACI\u00d3N DE WILLIS \u2014 CORONA DE ENGRANAJE FIJA<\/p>\n

i = 1 + (Z_anillo \/ Z_sol)<\/div>\n
Z_ring = n\u00famero de dientes del engranaje anular
\nZ_sun = n\u00famero de dientes del engranaje solar
\nEl n\u00famero de dientes de los planetas no aparece en la f\u00f3rmula de proporci\u00f3n; los planetas son solo elementos intermedios.<\/span><\/div>\n<\/div>\n

Ejemplo resuelto:<\/strong> Una caja de engranajes de la serie EP-AB de Ever-Power de Corea, con una relaci\u00f3n i=5:1, tiene una corona dentada con Z_ring=96 dientes y un engranaje solar con Z_sun=24 dientes. Aplicando la f\u00f3rmula: i = 1 + (96\/24) = 1 + 4 = 5:1. El n\u00famero de engranajes planetarios (normalmente Z_planet=36) no afecta a la relaci\u00f3n; afecta a la distribuci\u00f3n de la carga y al equilibrio estructural, pero no a la cinem\u00e1tica.<\/p>\n

Por qu\u00e9 la relaci\u00f3n m\u00e1xima de una sola etapa es aproximadamente 10:1:<\/strong> El engranaje solar m\u00ednimo pr\u00e1ctico tiene Z_sun = 12 dientes (limitado por el socavado de los dientes). Un engranaje anular no puede superar aproximadamente Z_ring = 108 dientes con el mismo m\u00f3dulo sin exceder la limitaci\u00f3n del di\u00e1metro de la carcasa. Esto da como resultado una relaci\u00f3n m\u00e1xima de una sola etapa de aproximadamente 1 + (108\/12) = 10:1 para reductores planetarios de precisi\u00f3n de m\u00f3dulo est\u00e1ndar.<\/p>\n

Multiplicaci\u00f3n de proporciones en varias etapas: <\/strong>
\nDos etapas planetarias en serie multiplican sus relaciones individuales: i_total = i\u2081 \u00d7 i\u2082. Una unidad de dos etapas con i\u2081=5 e i\u2082=5 produce i_total=25:1. Por eso, la serie de precisi\u00f3n Korea Ever-Power abarca desde 3:1 hasta 100:1 dentro de la misma familia de productos: una etapa para i=3\u201310 y dos etapas para i=12\u2013100.<\/span><\/div>\n<\/div>\n
\n

Relaciones de transmisi\u00f3n comunes: n\u00famero de dientes del engranaje solar y del engranaje anular<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Relaci\u00f3n (i)<\/th>\nSol<\/th>\nAnillo Z<\/th>\nNota<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
3:1<\/td>\n36<\/td>\n72<\/td>\nLa etapa \u00fanica m\u00e1s baja pr\u00e1ctica. Alta velocidad de salida.<\/td>\n<\/tr>\n
4:1<\/td>\n32<\/td>\n96<\/td>\nCom\u00fan en accionamientos de husillo de alta velocidad.<\/td>\n<\/tr>\n
5:1<\/td>\n24<\/td>\n96<\/td>\nRelaci\u00f3n de una sola etapa m\u00e1s com\u00fan en todo el mundo.<\/td>\n<\/tr>\n
7:1<\/td>\n18<\/td>\n108<\/td>\nMayor relaci\u00f3n de aspecto con buena geometr\u00eda de los dientes.<\/td>\n<\/tr>\n
10:1<\/td>\n12<\/td>\n108<\/td>\nCasi m\u00e1ximo de una sola etapa. Peque\u00f1o engranaje solar.<\/td>\n<\/tr>\n
25:1<\/td>\n\u2014<\/td>\n\u2014<\/td>\nDos etapas: 5\u00d75. Relaci\u00f3n de dos etapas m\u00e1s com\u00fan.<\/td>\n<\/tr>\n
100:1<\/td>\n\u2014<\/td>\n\u2014<\/td>\nDos etapas: 10\u00d710. L\u00edmite superior del rango de dos etapas.<\/td>\n<\/tr>\n
10,000:1<\/td>\nPlanetario de cuatro etapas (serie AH\/AHK) \u2014 unidad sellada \u00fanica<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n
\n
Recuento de dientes del planeta: por qu\u00e9 importa para el reparto de carga, no la proporci\u00f3n<\/div>\n

El n\u00famero de dientes del engranaje planetario debe cumplir la condici\u00f3n de ensamblaje: (Z_ring + Z_sun) debe ser divisible por el n\u00famero de engranajes planetarios (normalmente 3). Para Z_ring=96 y Z_sun=24: (96+24)\/3 = 40 \u2014 un n\u00famero entero, por lo que se pueden colocar 3 planetarios con la misma separaci\u00f3n. Si no se cumple esta condici\u00f3n, la separaci\u00f3n entre planetarios es imposible y se produce una distribuci\u00f3n desigual de la carga, lo que reduce la vida \u00fatil de la caja de engranajes.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n

<\/p>\n

\n

\u00bfPor qu\u00e9 las cajas de engranajes planetarios alcanzan una eficiencia \u226597%? \u2014 Explicaci\u00f3n de la mec\u00e1nica de contacto.<\/h2>\n

\"Detalles<\/p>\n

\n
\n

Una de las preguntas m\u00e1s frecuentes \u2014c\u00f3mo funciona una caja de engranajes planetarios con tanta eficiencia\u2014 tiene una respuesta directa en la mec\u00e1nica de contacto. La eficiencia de \u226597% en una sola etapa de una caja de engranajes planetarios de precisi\u00f3n no es un objetivo de dise\u00f1o logrado mediante optimizaci\u00f3n, sino una consecuencia de la mec\u00e1nica de contacto del engranaje. Comprender por qu\u00e9 la eficiencia es tan alta (y a d\u00f3nde va el 3% restante) explica la diferencia de rendimiento con respecto a los reductores de tornillo sin fin, la ligera disminuci\u00f3n de la eficiencia al pasar de una a dos etapas, y por qu\u00e9 los engranajes hipoides se sit\u00faan entre ambos.<\/p>\n

Esfuerzo de contacto de Hertz y fricci\u00f3n de rodadura<\/h3>\n

Cuando dos dientes de engranaje engranan, entran en contacto a lo largo de una l\u00ednea (en el caso de engranajes rectos) o de una peque\u00f1a \u00e1rea el\u00edptica (en el caso de engranajes helicoidales). En el punto de contacto, los dientes experimentan una deformaci\u00f3n el\u00e1stica; este es el contacto hertziano. La potencia que se pierde en este contacto es igual a la fuerza de fricci\u00f3n multiplicada por la velocidad de deslizamiento en el punto de contacto.<\/p>\n

En un engranaje planetario, el contacto dominante es laminaci\u00f3n<\/strong> Los dientes del engranaje ruedan entre s\u00ed con un deslizamiento m\u00ednimo. Los coeficientes de fricci\u00f3n de rodadura para acero endurecido sobre acero con aceite para engranajes oscilan entre 0,001 y 0,003. Comp\u00e1rese esto con la fricci\u00f3n de deslizamiento en un engranaje helicoidal (0,05-0,12), que es de 20 a 40 veces mayor. Esta diferencia en la mec\u00e1nica de contacto, y no la astucia del dise\u00f1o, es la raz\u00f3n por la que las cajas de engranajes planetarios son fundamentalmente m\u00e1s eficientes que los reductores de tornillo sin fin, independientemente de la calidad de fabricaci\u00f3n.<\/p>\n

La p\u00e9rdida restante de 2\u20133% en una caja de engranajes planetarios proviene de: fricci\u00f3n de los cojinetes (~1,5%), p\u00e9rdida por agitaci\u00f3n del lubricante (~0,5%) y deslizamiento residual en la punta y la ra\u00edz de cada diente del engranaje (~0,5\u20131%). Estas tres p\u00e9rdidas var\u00edan con la velocidad, la temperatura y la viscosidad del lubricante, raz\u00f3n por la cual la especificaci\u00f3n de eficiencia se proporciona para condiciones de funcionamiento nominales.<\/p>\n

\n

POR QU\u00c9 3 PLANETAS = MAYOR EFICIENCIA QUE 1<\/p>\n

Par de engranajes de ejes paralelos simples:
\nFuerza de contacto = Par m\u00e1ximo \/ radio de paso
\nTensi\u00f3n de Hertz \u221d \u221a(Fuerza de contacto) 3-planeta planetario con el mismo par de salida:
\nCada fuerza de contacto planetaria = 1\/3 de la total
\nTensi\u00f3n de Hertz por contacto \u221d \u221a(1\/3) = 0,577\u00d7Menor tensi\u00f3n \u2192 menor deformaci\u00f3n \u2192 menor calor
\n\u2192 3 planetas alcanzan el mismo par motor en
\n Menor estr\u00e9s por diente = mayor vida \u00fatil + menor p\u00e9rdida<\/span><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
\n

Comparaci\u00f3n de la eficiencia entre diferentes tipos de engranajes<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Tipo de engranaje<\/th>\nEficiencia<\/th>\nContacto<\/th>\n\u03bc (fricci\u00f3n)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Planetario (\u226597%)<\/td>\n\u226597%<\/td>\nLaminaci\u00f3n<\/td>\n0,001\u20130,003<\/td>\n<\/tr>\n
Helicoidal de ejes paralelos<\/td>\n95\u201398%<\/td>\nLaminaci\u00f3n<\/td>\n0,003\u20130,006<\/td>\n<\/tr>\n
Bisel (espiral)<\/td>\n93\u201397%<\/td>\nLaminaci\u00f3n<\/td>\n0,005\u20130,010<\/td>\n<\/tr>\n
Hipoides (serie KF\/KH)<\/td>\n94\u201396%<\/td>\nDeslizar y enrollar<\/td>\n0,01\u20130,04<\/td>\n<\/tr>\n
Gusano (alta proporci\u00f3n)<\/td>\n40\u201365%<\/td>\nCorredizo<\/td>\n0,05\u20130,12<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

\\<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

<\/p>\n

\u00bfPor qu\u00e9 la eficiencia de dos etapas cae a \u226594%? <\/strong>
\nCada etapa de engranajes multiplica la ligera p\u00e9rdida de eficiencia de la anterior. La etapa 1, con 97%, transfiere 97% de potencia de entrada a la etapa 2. La etapa 2, tambi\u00e9n con 97%, transfiere 97% de esa potencia: 0,97 \u00d7 0,97 = 0,941 = 94,1% en total. El conjunto de rodamientos adicional entre etapas a\u00f1ade aproximadamente 0,5% de fricci\u00f3n adicional. Este efecto acumulativo explica por qu\u00e9 las especificaciones de Korea Ever-Power muestran \u226597% para una sola etapa y \u226594% para dos etapas: se trata de la matem\u00e1tica de la acumulaci\u00f3n de p\u00e9rdidas, no de una limitaci\u00f3n de dise\u00f1o.<\/span><\/div>\n<\/section>\n

<\/p>\n

\n

\u00bfPor qu\u00e9 las cajas de engranajes planetarios logran una densidad de par entre 3 y 5 veces mayor que los dise\u00f1os de ejes paralelos?<\/h2>\n
\n
\n

La densidad de par \u2014el par m\u00e1ximo de salida que se puede alcanzar por unidad de volumen o masa de la caja de engranajes\u2014 es la propiedad que convierte a las cajas de engranajes planetarios en el est\u00e1ndar para articulaciones de robots, m\u00e1quinas herramienta CNC y cualquier aplicaci\u00f3n donde el accionamiento deba ajustarse a un espacio limitado. La fuente de esta alta densidad de par es la geometr\u00eda de transmisi\u00f3n de potencia multidireccional, y su funcionamiento se deduce f\u00e1cilmente a partir de principios fundamentales.<\/p>\n

El argumento de los primeros principios:<\/strong> El par motor es igual a la fuerza multiplicada por el radio del brazo de palanca (T = F \u00d7 r). Para un par motor de salida y un radio del c\u00edrculo primitivo determinados, la fuerza tangencial requerida entre los dientes es fija: F = T\/r. En una caja de engranajes de ejes paralelos, esta fuerza total es soportada por un \u00fanico contacto de engranaje. En una caja de engranajes planetarios, el mismo par motor total se distribuye simult\u00e1neamente entre tres (o m\u00e1s) contactos de engranajes planetarios. Cada contacto soporta solo T\/(3r) de fuerza, es decir, un tercio de la fuerza de contacto entre ejes paralelos.<\/p>\n

La resistencia de los dientes de un engranaje es proporcional al cuadrado de sus dimensiones transversales. Si cada diente soporta un tercio de la fuerza, su tama\u00f1o puede ser un tercio menor con el mismo factor de seguridad; o, lo que es equivalente, un diente est\u00e1ndar puede soportar el triple de fuerza con el mismo nivel de tensi\u00f3n. Por eso, una caja de engranajes planetarios con un di\u00e1metro de cuerpo de 220 mm puede ofrecer un par de salida de 2000 N\u00b7m, mientras que una caja de engranajes helicoidales de ejes paralelos del mismo di\u00e1metro exterior solo podr\u00eda ofrecer entre 400 y 600 N\u00b7m.<\/p>\n

El Caja de engranajes planetarios de precisi\u00f3n en l\u00ednea de la serie EP-AB<\/a> Esto demuestra directamente la densidad de par: el EP-AB220 (con un di\u00e1metro de cuerpo de 220 mm) ofrece un par de salida de hasta 2000 N\u00b7m con una holgura P0 \u22641 arcmin a i=3\u2013100. Una unidad de ejes paralelos con el mismo di\u00e1metro exterior y en la misma clase de precisi\u00f3n requerir\u00eda una carcasa considerablemente m\u00e1s pesada y grande para alcanzar el mismo par.<\/p>\n<\/div>\n

\n

<\/p>\n

\n
Comparaci\u00f3n de la densidad de torsi\u00f3n: misma carcasa de 150 mm de di\u00e1metro exterior.<\/div>\n
\n
\n
Caja de engranajes planetarios (EP-AB150)<\/span>
\n800 N\u00b7m<\/span><\/div>\n
\n
<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
\n
Helicoidal de ejes paralelos (mismo di\u00e1metro exterior)<\/span>
\n~250 N\u00b7m<\/span><\/div>\n
\n
<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
\n
Par de engranajes rectos (mismo di\u00e1metro exterior)<\/span>
\n~160 N\u00b7m<\/span><\/div>\n
\n
<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Valores aproximados: var\u00edan seg\u00fan el dise\u00f1o. La distribuci\u00f3n de carga por m\u00faltiples trayectorias en las cajas de engranajes planetarios ofrece una ventaja de densidad de par de 3 a 5 veces superior a la de los dise\u00f1os de ejes paralelos de una sola trayectoria.<\/p>\n<\/div>\n

\n
Salida coaxial: la ventaja adicional<\/div>\n

Debido a que la entrada del engranaje solar y la salida del portador comparten el mismo eje central, las cajas de engranajes planetarios tienen una geometr\u00eda coaxial. El motor, la caja de engranajes y la m\u00e1quina accionada pueden alinearse en un solo eje, lo que elimina el desplazamiento del eje propio de los dise\u00f1os de ejes paralelos y permite la creaci\u00f3n de conjuntos cil\u00edndricos compactos utilizados en articulaciones de brazos rob\u00f3ticos, servomotores y ejes de veh\u00edculos el\u00e9ctricos.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n

<\/p>\n

\n

Etapa \u00fanica frente a etapas m\u00faltiples: cu\u00e1ndo a\u00f1adir etapas planetarias y cu\u00e1nto cuesta cada una.<\/h2>\n
\n
\n

Cada etapa planetaria adicional incrementa la relaci\u00f3n de reducci\u00f3n, disminuye la velocidad de salida y aumenta el par motor, pero esto conlleva un aumento en la longitud de la carcasa, una mayor fricci\u00f3n en los rodamientos y una ligera disminuci\u00f3n de la eficiencia. Comprender las ventajas y desventajas de cada n\u00famero de etapas ayuda a decidir si una configuraci\u00f3n de una, dos o varias etapas es la m\u00e1s adecuada para una aplicaci\u00f3n determinada.<\/p>\n

\n
\n
Etapa \u00fanica<\/div>\n
i = 3:1 a 10:1<\/div>\n