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DISEÑO, SELECCIÓN DE MATERIALES Y CONSTRUCCION DE ESTANTERIA PARA
CUARTO FRIO EN LA EMPRESA AGRICOLA CIRCASIA S.A.S.

SEBASTIÁN FERNEY GARCÍA CASTELBLANCO

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE METALURGIA
TUNJA
2019

DISEÑO, SELECCIÓN DE MATERIALES Y CONSTRUCCION DE ESTANTERIA PARA
CUARTO FRIO EN LA EMPRESA AGRICOLA CIRCASIA S.A.S.

SEBASTIÁN FERNEY GARCÍA CASTELBLANCO
COD: 201220189

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Metalúrgico

Director. ING. EFRAIN GARCIA RUSSI
Master en control de calidad de procesos metalúrgicos

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE METALURGIA
TUNJA
2019

Nota de aceptación:

_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________
_____________________________________

_____________________________________
Firma del jurado 1

_____________________________________
Firma del jurado 2

DEDICATORIA

A Dios por ser esa fuente inagotable de compañía, refugio,
consuelo, apoyo y amor en los momentos más difíciles de mi vida, ese ser
con el que siempre sentí que no estaba solo.

A mis padres Martha Elena Castelblanco Pira y José Cecilio García
Bolívar, quienes son mi apoyo incondicional y esas personas con las que
puedo contar siempre y que a pesar de las dificultades de sus vidas han
hecho su más grande esfuerzo para hacer de mi vida la más feliz que
hubiera podido tener.

A mis hermanos Diana Jasbleidy García Castelblanco y Rodrigo Albeiro
García Castelblanco quienes con su amor, compañía, consejos, vivencias,
consuelo y ejemplo han logrado demostrar que el termino hermanos es tan
importante y valioso.

A mi hermana Andrea Rubiela García Castelblanco, quien desde el momento
de su partida se convirtió en un ángel que me acompaña en cualquier
momento y circunstancia, haciéndome recordar lo hermosa que es la vida.

A ustedes quienes son mi más puro amor dedico y dedicaré cualquier logro

AGRADECIMIENTOS

Mi principal agradecimiento es para Dios y la Virgen, por brindarme su amor en los
momentos en que más lo necesité.

A mis padres, Martha y Cecilio quienes son mi polo a tierra, por ser con las primeras y
únicas personas que hacían hasta lo imposible para que hoy en día pudiera obtener
este logro tan importante.

A mis hermanos, Diana, Rodrigo y Rubiela, quienes son mi mayor apoyo, ejemplo y
compañía. Esas personas que desde que nací han estado ahí brindándome amor, y
enseñanzas de humildad y sencillez. Además por darme a mis bellos sobrinos: Lucia,
Breiner, María Ángel, Juan Esteban, y La Bebe que viene en camino, que más que mis
sobrinos son como hijos para mí.

A mi director de proyecto, el Ingeniero Efraín García Russy por su valiosa ayuda y
permanente seguimiento en cada etapa de este proceso.

A la UPTC que fue mi segundo hogar y ese lugar en donde pase los mejores momentos
de mi vida y por si fuera poco la institución que me dio la oportunidad de realizar uno de
mis más grandes sueños: ser Ingeniero metalúrgico.

Al INCITEMA por su colaboración en la etapa final de este proyecto.

Al Doctor José Luis Suarez, gerente general de AGRICOLA CIRCASIA S.A.S. por la
oportunidad de hacer parte de su grupo de trabajo y por ese voto de confianza brindado
en el trascurso de mi desarrollo profesional en la empresa.

Al Ingeniero Andrés Morales, por brindarme ese apoyo incondicional y la oportunidad
de pertenecer a la FAMILIA CIRCASIA, por ser un ejemplo de liderazgo,
profesionalismo y carácter. Además por guiarme y orientarme dándome su confianza y
sus consejos para mi crecimiento profesional como ingeniero.

A mi Institución Educativa Técnica Pijaos que desde niño me inculco valores, principios
y enseñanzas que hacen que sea la persona que soy hoy en día.

A mis amigos de universidad; Beto, Carlitos y Claudia y también a mis amigos de la
vida: Jonathan Jiménez y Manuel Morales, quienes fueron un apoyo incondicional.

A mi novia Sonia colmenares, esa mujer que llego en un momento decisivo de mi vida,
para ser mi apoyo y complemento, para así demostrar que en este mundo aún existe la
sencillez y la humildad.

CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 13
INTRODUCCION 14
1. DESCRIPCION GENERAL DEL TRABAJO 15
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15
1.2 JUSTIFICACIÓN 16
1.3 OBJETIVOS 17
1.3.1 Objetivo general 17
1.3.2 Objetivos específicos 17

2. MARCO TEÓRICO 18
2.1 SECCIÓN DE MATERIALES 18
2.2 ACTIVIDAD ECONOMICA EMPRESARIA 18
2.3 ESTRUCTURAS METALICA PARA TRABAJO EN FRIO 20
2.3.1 aceros al 9% níquel 21
2.3.2 Acero inoxidable 304 21
2.3.3 Aceros al carbon 21
2.3.4 Aceros para trabajos de corte y choque en frio 22
2.3.5 Aceros austeniticos resistentes al desgaste 22
2.3.6 Aleaciones de aluminio 22
2.4 CUARTO FRIO 23
2.4.1 Principios de funcionamiento de los sistemas de refrigeración 23
2.4.2 Cuartos de refrigeración 24
2.4.3 Condiciones del ambiente en cuarto frio 24
2.5 ESTANTERÍAS COMO SISTEMA DE ALMACENAMIENTO 25
2.5.1 Tipos de estanterías 26
2.5.2 Criterios de almacenamiento en la empresa 26
2.6 TUBERIA DE BAJO CONTENIDO EN CARBONO 28
2.7 CORROSION DE ESTRUCTURAS METALICAS 29
2.8 SOLDADURA DE ESTRUCTURAS 30

2.8.1 Soldadura eléctrica SMAW30
2.8.2 Métodos de inspección de la soldadura 30
2.9 RECUBRIMIENTO 31
2.9.1 Recubrimiento electrolítico 32
2.9.2 Recubrimiento anticorrosive 32

3. DESARROLLO DEL PROYECTO 32
3.1 DISEÑO 32
3.1.1 Diagnóstico inicial 32
3.1.2 Diseño de distribución de planta 34
3.1.3 Diseño de los módulos de estantes 35
3.2 PROCESO DE SELECCIÓN DE MATERIALES 36
3.2.1 Metodología de selección de materiales 36
3.2.2 Fase de translación. Requerimientos de diseño 36
3.2.3 Fase de depuración. No satisfacen los requerimientos 38
3.2.4 Fase de clasificación. Loa que mejor hacen el trabajo 39
3.2.5 Fase de búsqueda de información de soporte 42
3.2.6 Informe del proceso de selección presentado a la junta directiva 52
3.3 CONSTRUCCION 54
3.3.1 Preparativos 54
3.3.2 proceso de construcción 56
3.4 CARACTERIZACION 62
3.4.1 Ensayos de laboratorio 62
3.4.2 Resultados 65

4. ANALISIS FINAL 68

5. CONCLUSIONES 70
RECOMENDACIONES 71
BIBLIOGRAFIA 72

LISTA DE ILUSTRACIONES
pág.

Ilustración 1. Tabaco de rosas 28
Ilustración 2. Proceso de soldadura SMAW 31
Ilustración 3. Método de almacenamiento por apilamiento 33
Ilustración 4. Estantería de la empresa MATINA`S FLOWERS 35
Ilustración 5. Etapas principales para la selección de materiales 37
Ilustración 6. Diagrama resistencia a tracción vs precio por kilogramo 39
Ilustración 7. Diagrama limite elástico vs tenacidad 40
Ilustración 8. Diagrama temperatura máxima y mínima de servicio 41
Ilustración 9. Diagrama limite elástico vs comportamiento ante el agua 42
Ilustracion 10. Diagrama de fase del acero baja aleación 44
Ilustración 11. Diagrama de fase acero inoxidable 47
Ilustración 12. Diagrama de fase acero bajo carbono 49
Ilustración 13. Diagrama de fase aleación de aluminio 52
Ilustración 14. Montaje para trabajar 55
Ilustración 15. Tubería cortada y con el biselado en boca de pescado 56
Ilustración 16. Inicio del proceso de construcción, modulo intermedio doble 57
Ilustración 17. Ensamble de los travesaños a los parales 58
Ilustración 18. Pintura y acabados a la estantería 59
Ilustración 19. Método de almacenamiento utilizado anteriormente 60
Ilustración 20. Estantería terminada y en funcionamiento 61
Ilustración 21. Muestra de ensayo 1 62
Ilustración 22. Muestra de ensayo 2 63
Ilustración 23. Vistas de la muestra 1 luego del ensayo de tintas 64
Ilustración 24. Muestra 2 fallada 66
Ilustración 25. Grafica tensión deformación de la muestra 2 66
Ilustración 26. Estantería luego de cuatro meses de construida 67

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Criterios de almacenamiento 27
Tabla 2. Composición química del acero A1011 Utilizado para la tubería 28
Tabla 3. Especificaciones técnicas de la tubería COLMENA 30
Tabla 4. Propiedades generales del acero baja aleación 43
Tabla 5. Propiedades generales del acero inoxidable 45
Tabla 6. Propiedades generales del acero bajo carbono 48
Tabla 7. Propiedades generales de las aleaciones de alta calidad 50
Tabla 8. Resultados del ensayo de tención de la muestra 2 67

LISTA DE ANEXOS

pág.
Anexo 1. Planos de la estantería 74
Anexo 2. Informe presentado a junta directiva 82
Anexo 3. Resultados emitidos por el INCITEMA 91

RESUMEN.

El presente trabajo de grado contiene la investigación realizada para elaborar la
estantería de almacenamiento de rosas, en el cuarto frio de la empresa
AGRICOLA CIRCASIA S.A.S. relacionando de forma detallada el proceso de
diseño, selección de materiales, construcción y caracterización final.

La fase de diseño plantea el diagnóstico inicial, determinando las condiciones de
operación e infraestructura de la empresa, además la distribución espacial de la
estantería en el cuarto mediante la elaboración de planos.El proceso selección de materiales se fundamenta en la metodología del profesor
Michael Ashby que involucran fases de evaluación de requerimientos de la
empresa, tales como el ambiente corrosivo de trabajo, las cargas soportadas y la
adaptación al tipo de material a almacenar, además la fase de eliminación por
depuración que descarta materiales que no cumplen los requerimientos, una fase
de clasificación donde se evalúan los materiales que mejor se desempeñan y la
búsqueda de información adicional para argumentar así la selección final.

Luego de determinar que el material seleccionado es un acero de bajo carbono se
desarrolla la fase de construcción, involucrando variables como el manejo del
material de la estantería y de las flores almacenadas dentro del cuarto. Debido a
que este proceso se debe realizar en ejecución de labores del cuarto frio, se
relaciona también el tipo de técnica de trabajo a emplear y la calidad de los
acabados.
Una caracterización física y de resistencia, en la etapa final del proceso, determina
que la calidad obtenida satisface los requerimientos de la empresa y del proyecto.

Palabras clave: Selección de materiales, diseño, estantería, cuarto frio,
caracterización.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el estudio de materiales ha avanzado con pasos de gigante
debido a la invención de nuevas tecnologías. Diariamente se conoce una nueva
investigación relacionada con la ciencia de los materiales, desde materiales
altamente densificados hasta sólidos con pesos increíblemente bajos con respecto
a su volumen, materiales que con ciertos refuerzos, superan su resistencia hasta
10 veces la común y otros que con elementos aleantes, alcanzan ductilidades que
no se hubieran imaginado años atrás.

La constante evolución que por naturaleza el ser humano desarrolla en búsqueda
de comodidad, innovación o superación, hace que los materiales también deban
evolucionar. En la actividad de floricultivo, por ejemplo, es muy común evidenciar
que hay innovación en procesos y técnicas, lo cual supone que la ciencia de los
materiales también debe actuar eficientemente. Un cuarto frio es una de las
estructuras que se comienza a utilizar recientemente en esta actividad debido a
que las flores deben permanecer cierto tiempo refrigeradas e hidratadas luego de
ser cortadas, a la espera de ser comercializadas.

La empresa AGRICOLA CIRCASIA S.A.S. recientemente construyo un cuarto frio
en pro de la mejora continua y la competitividad en el mercado de la exportación
de rosas tipo Premium. Este cuarto frio cumpliría con los requerimientos
necesarios para un óptimo funcionamiento, excepto porque carece de un elemento
fundamental: la estantería adecuada para ser puesta en funcionamiento en este
tipo de ambiente no ha sido implementada y el tipo de estibado actual, no es el
adecuado, por lo cual se ve afectada la calidad de la flor, la productividad y por
consiguiente existe un efecto negativo desde el punto de vista económico. El
presente trabajo de grado está orientado a dar solución a esta necesidad mediante
la metodología de diseño, selección de materiales, construcción y caracterización
final de la estructura para así aportar en la calidad y competitividad empresarial.

1. DESCRIPCION GENERAL DEL TRABAJO.

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
AGRICOLA CIRCASIA S.A.S es una empresa cundinamarquesa dedicada a la producción
y comercialización de rosas tipo exportación, apoyada en procesos estandarizados de
cultivo, cosecha, clasificación, empaque y almacenamiento.
El método de producción que la empresa maneja actualmente se divide en áreas
productivas. Inicialmente en el cultivo, se asegura la calidad fitosanitaria y física de cada
tallo, posteriormente son cortadas y llevadas al área de post-cosecha en donde son
almacenadas en cuarto frio antes de pasar a proceso de comercialización. Las empresas
extranjeras realizan pedidos de ramos y es en ese momento cuando los tallos pasan a una
sala, donde se realizan labores de clasificación y boncheo, para luego ser llevadas a otro
cuarto frio, en donde se disponen en cajas y se almacenan a la espera de ser enviadas a
su destino final.
El cuarto frio, que alberga las rosas inmediatamente después de ser cortadas en cultivo, es
reciente, por lo cual carece de estantería apropiada para el almacenamiento. Debido a esta
situación, se analizan las ventajas de optimización de procesos, rendimiento, calidad y
manejo del producto, que supone la construcción de una estantería en dicho cuarto.
La estantería debe trabajar en condiciones de temperaturas alrededor de 2°C, niveles de
humedad en el ambiente de alrededor del 70%, continuo flujo de agua en las superficies,
además debe tener altos valores en propiedades mecánicas y físicas tales como rigidez,
resistencia a la corrosión y fitosanidad. Por tal motivo se debe llevar a cabo un adecuado
diseño, selección de materiales y proceso de construcción controlado.

1.2 JUSTIFICACIÓN
Hoy en día existen altos estándares de calidad y un gran nivel de competencia entre
empresas productoras y exportadoras de rosas a nivel local, nacional y mundial, por lo cual
adquiere una gran importancia la calidad en todos los aspectos, tanto técnicos como
humanos y en las áreas de producción de la empresa, lo cual se refleja en un proceso
óptimo y eficiente para lograr los resultados que se desean obtener
En el mercado de exportación es necesario satisfacer la creciente demanda de productos,
pero una de las restricciones para aumentar la producción y calidad del producto en la
empresa, es la falta de infraestructura necesaria para mejorar el manejo del producto y
optimizar el tiempo y espacio. El proceso de manejo y almacenamiento de las rosas en
cuarto frio requiere una infraestructura adecuada, por tal razón la empresa necesita una
acción rápida para solucionar este problema.
El ambiente húmedo y de bajas temperaturas, además de las propiedades de resistencia
mecánica que deben soportar la estantería, hace necesario un óptimo diseño y
construcción para asegurar su calidad, vida útil y buen funcionamiento en el trabajo a
desempeñar, por lo cual el desarrollo de un proceso de selección de materiales, diseño y
construcción con el respaldo de un estudio investigativo es fundamental para ese aporte de
calidad en la empresa.
17

1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general

Diseñar y construir la estantería para cuarto frio en la empresa AGRICOLA CIRCASIA
S.A.S.

1.3.2 Objetivos específicos
Llevar a cabo el proceso de selección de materiales adecuado para garantizar la calidad
del proyecto.
Realizar el diseño acorde a los requerimientos de la empresa, en cuanto a propiedades,
dimensiones, características y limitaciones.
Implementar el proceso indicado de construcción, teniendo en cuenta el material
seleccionado.
Fortalecer el desarrollo del proyecto con el uso de la herramienta software de selección de
materiales CES Edupack.
Caracterizar el producto obtenido para determinar el cumplimiento de los requerimientos
exigidos.

2. MARCO TEÓRICO
2.1 SELECCIÓN DE MATERIALES
Una de las actividades más apasionantes, y a menudo más complejas, de la ingeniería es
el proceso de creación, o diseño, de una máquina o un producto a partir de unas funciones
y de unas prestaciones previamente especificadas. Constituye una materia pluridisciplinaria
que incluye, entre otras, la teoría, el cálculo , las soluciones constructivas, los
accionamientos y su control, la aplicación de materiales, las tecnologías de fabricación, las
técnicas de representación, la ergonomía, la seguridad, la consideración de impactos
ambientales y el fin de vida, que se integran en forma de un proyecto.

La selección de materiales ha ido transformándose en unatarea cada vez más compleja,
dada la necesidad de evaluar de forma ponderada numerosas propiedades físicas
(densidad, características eléctricas, térmicas, ópticas), químicas (resistencia a la
corrosión, a las radiaciones), mecánicas (resistencia, rigidez, fatiga, impacto, fluencia,
propiedades deslizantes, desgaste) y tecnológicas (precio, fácil construcción, temperaturas
de servicio, deterioros, impactos ambientales).

Cuando de selección de materiales para una función específica y de mucha exigencia se
trata, es necesario llevar a cabo un proceso de selección de materiales, el cual consiste en
realizar un análisis detallado de las fases de selección que inician con una identificación
previa del ambiente al cual va a estar sometido, luego se determinan las variables
importantes para determinar una selección inicial de todas las posibilidades. Se debe
analizar posteriormente los requisitos y limitaciones que se presenten para dar inicio al
proceso de selección de materiales. Cada tipo de material seleccionado va ligado a un
proceso, el cual también debe ser estudiado. 1

2.2 ACTIVIDAD ECONOMICA EMPRESARIAL
AGRICOLA CIRCASIA S.A.S. es una empresa productora de rosas ubicada en la vereda El
Mortiño, jurisdicción del municipio de Cogüa (Cundinamarca) que en desarrollo de su
misión está orientada a cumplir con las más altas exigencias de calidad del mercado
europeo, ruso y americano.
Consciente de la importancia y necesario compromiso con el desarrollo sostenible, es una
finca certificada con sello de calidad Rainforest Alliance desde el año 2009, basando todo el
esfuerzo en un gran equipo de trabajo con el respeto y la armonía con el medio ambiente,
además teniendo en cuenta el campo de acción social con sus trabajadores y la comunidad
que le rodea.
La empresa cuenta con el área de pos-cosecha que es la encargada de clasificación,
boncheo, empaque y almacenamiento de la flor antes de comercializar, área que

1
UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA. UPCcommons. Primera edición enero del 2008
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.3/36844/9788498804065.pdf
19

recientemente tuvo una ampliación, tras la construcción del cuarto frio para el
almacenamiento de la flor proveniente del cultivo. 2

Sistema de almacenamiento empleado por otras empresas:

En el mundo la producción de rosas es un mercado creciente que demanda un nivel de
calidad muy alto, para lo cual las empresas dedicadas a esta labor deben contar con
procesos, logística e infraestructura adecuada para cumplir este objetivo. El cuarto frio es
una instalación de la empresa del cual no se puede prescindir, debido a que cumple un
papel decisivo para el cuidado de las flores luego de ser cosechadas. En Colombia existen
empresas que compiten con estos altos estándares de calidad del mercado mundial de
exportación de rosas que cuentan con estanterías en cuarto frio para almacenamiento de
tallos de rosa, dichas estructuras cuentan con las siguientes características:

- EMPRESA DE FLORES TIPO EXPORTACION, MATINA`S FLOWERS, empresa
ubicada en el municipio de Cogüa (Cundinamarca). La estantería que se usa para el
almacenamiento de rosas es elaborada en acero laminado en frio. A pesar del
mantenimiento realizado anualmente, se evidencia un grado de corrosión elevado,
especialmente en las juntas soldadas de la estructura. La razón principal de esta
defectologia es el ambiente al que está sometida ya que la humedad no solo del
ambiente y la temperatura baja de 2°C promedio ataca agresivamente las juntas
soldadas que son lugares en donde no se cuenta con un acabado superficial liso y
uniforme. Además de esta razón el material seleccionado, las juntas soldadas
realizadas y el acabado superficial implementado no son los adecuados para este
tipo de trabajo. Actualmente la empresa busca soluciones rápidas para su alto nivel
de corrosión en juntas soldadas como refuerzos de soldadura en las zonas más
afectadas y pulido y pintura en focos de corrosión. 3

- EMPRESA DE FLORES TIPO EXPORTACION, FALCON FARMS. La empresa
ubicada en el municipio de Suesca (Cundinamarca) implementó la estantería para
cuarto frio en MADERPLAST, que es un material polimérico con muy buenas
propiedades mecánicas y físicas que se ajustan muy bien al trabajo al que es
sometido. Al evidenciar el crecimiento y desarrollo de hongos en los tallos de rosa,
estando en almacenamiento, se comienza a investigar por parte del ingeniero
director de la finca, de la mano del grupo de empresas floricultoras llamado “grupo
chía”, el porqué de este caso evidenciado, con lo cual se concluye que esta
problemática surgía porque el acabado superficial rugoso de la estantería en
“MADERPLAST” beneficia la proliferación de hongos y enfermedades como botrytis
cinérea. Debido a estas conclusiones se decide desmontarla y comenzar a
implementar estibas porque tienen menor área de proliferación de hongos.

2
AGRICOLA CIRCASIA S.A.S. pagina web oficial. http://www.circasia.com/inicio.html
3
MATINA`S FLOWERS. Pagina web official. http://matinaflowers.com/#contact
20

Actualmente el sistema de almacenamiento en cuarto frio de esta empresa, es
apilamiento sobre estibas de los tabacos (recipientes que contienen de 15 a 30 tallos
de flor luego de ser cortada en cultivo). 4

- A nivel local las estructuras son elaboradas y suministradas por empresas como
MADERPLAST, relacionada anteriormente, y empresarios de la industria
metalmecánica formal e informal en su mayoría que por solicitud de las empresas
elaboran las estanterías bajo condiciones indicadas. A nivel mundial existen
empresas en las que su misión es la elaboración de estanterías para cámaras
frigoríficas. Una de estas empresas se relaciona a continuación:

- EMPRESA PRODUCTORA DE ESTANTERIAS ESMELUX. Empresa europea
productora de estanterías para cámaras frigoríficas en duraluminio - duralinox
(aleación de aluminio-cobre que es inoxidable y con elevadas propiedades de
resistencia mecánica) y acero inoxidable AISI 304 (muy buenas propiedades
mecánicas y excelente resistencia a la corrosión), con paneles regulables de altura
en polipropileno que soportan entre 100 y 150 kg de peso. Esta empresa cuenta con
altos estándares de calidad lo que la hace una de las mejores productoras de
estantería para cámaras frigoríficas a nivel mundial. 5

2.3 ESTRUCTURAS METALICAS EXPUESTAS A AMBIENTES DE BAJA
TEMPERATURA Y CORROSIVOS.

Una gran cantidad de materiales, cuentan con una característica común; dependiendo de la
temperatura a la que son sometidos presentan cambios considerables de sus propiedades,
tanto físicas, mecánicas o químicas, como la fragilidad, ductilidad, resistencia a agentes
químicos, resistencia a la humedad, entre otras. Los metales son un claro ejemplo de este
fenómeno debido a que con temperaturas ambiente presentan muy buenas propiedades de
resistencia mecánica y dureza, pero al ir aumentando su temperatura de trabajo, estas
propiedades disminuyen, y de igual manera cuando disminuye la temperatura, aumenta su
dureza, pero además en gran medida, su fragilidad.

Se han adelantado estudios de materiales con propiedades adecuadas para este tipo de
desempeño, en donde resaltan aleaciones de acero con porcentajes de alrededor del 9%
de níquel, aceros inoxidables tales como el 304, y algunas aleaciones que deben ser
aceros que cumplan las siguientes características:
- Acero limpio, con niveles muy bajos de elementos residuales y oxígeno.
- Composición química equilibrada para lograr tolerar una templabilidad elevada.
- Proceso de tratamiento térmico en combinación con el diseño de la composición
química para garantizar una microestructura muy fina4
FALCON FARMS. Online. https://falconfarmsonline.com/sample-page/farms/colombian-farms/torremolinos
5
ESMELUX, estanterias rapidas www.esmelux.com
21

- temperaturas finales de revenido elevadas a fin de promover el proceso de
recuperación. 6

2.3.1 aceros al 9% níquel
Estos aceros mejoran la relación costo-beneficio respecto al uso de aceros austeníticos del
tipo 304 H o L, generalmente especificados en proyectos con ingeniería de origen
americano.
Los porcentajes de Ni en las aleaciones varían desde 0.50% para Gas Licuado de Petróleo
(LPG) hasta 9% para Gas Natural Licuado (LNG), e incluso llegan a 36% para aplicaciones
en tuberías de LNG.
Se puede soldar con todos los procesos de soldadura habituales, tales como GMAW,
GTAW, SMAW y SAW.
En las tuberías de GNL, recipientes a presión y esferas de almacenamiento, así como
tanques de almacenamiento de GNL en buques de transporte donde la limitación de peso
es importante, la aplicación de aceros criogénicos de 9% de níquel brinda una solución con
amplios márgenes de seguridad debido a sus excelentes propiedades mecánicas y su
resistencia a la fisuración. 7
2.3.2 Acero inoxidable 304
Es un tipo de metal de bajo punto de fusión y se puede usar como refrigerante líquido
debido a su mayor conductividad térmica. En comparación con el líquido refrigerante de
sodio utilizado actualmente, Sn es más estable químicamente y no es viable disparar o
explorar cuando entra en contacto con aire o agua. Se investigaron las reacciones químicas
entre Sn y el acero inoxidable 304 que se usa ampliamente como materiales de tuberías de
circuitos primarios en reactores rápidos, y se analizó el efecto de la temperatura en el
comportamiento de corrosión entre el acero inoxidable 304 y el Sn líquido. Los resultados
muestran que las picaduras ocurren cuando la temperatura es inferior a 823 K, y la
disolución ocurre cuando la temperatura es mayor que 823 K.8
2.3.3 Aceros al carbono
Sin elementos de aleación, con porcentajes de carbono variables entre 0.5-1.4%C, si
poseen algún elemento de aleación de muy bajo porcentaje también pueden ser
considerados al carbono. A medida que aumenta el contenido de carbono aumenta también
la dureza y la resistencia mecánica, pero disminuye la tenacidad y resiliencia.
- Aceros de muy bajo % de carbono (desde 1005 a 1015) Se seleccionan en piezas cuyo
requisito primario es el conformado en frío. Los aceros no calmados se utilizan para

6
Pero Sanz José Antonio .Metalurgia física, selección y diseño. ED. Dossat 2000. 1ª Edición, 2004
7
PETROQUIMICA, petróleo, gas, química y energía. Revista nº349. Diciembre del 2018. Edición latinoamericana.
8
SCIENCE DIRECT. Rare Metal Materials and Engineering. Effect of Temperature on Corrosion Behavior of 304 Stainless
Steel in Liquid Sn. Volume 47, Issue 9, September 2018, Pages 2642-2646

embutidos profundos por sus buenas cualidades de deformación y terminación superficial.
Los calmados son más utilizados cuando se necesita forjarlos o llevan tratamientos
térmicos. Son adecuados para soldadura y para brazing. Su maquinabilidad se mejora
mediante el estirado en frío. Son susceptibles al crecimiento del grano, y a fragilidad y
rugosidad superficial si después del formado en frío se los calienta por encima de 600ºC.
- Aceros de bajo % de carbono (desde 1016 a 1030) Este grupo tiene mayor resistencia y
dureza, disminuyendo su deformabilidad. Son los comúnmente llamados aceros de
cementación. Los calmados se utilizan para forjas. Su respuesta al temple depende del %
de C y Mn; los de mayor contenido tienen mayor respuesta de núcleo. Los de más alto %
de Mn, se endurecen más convenientemente en el núcleo y en la capa. Son aptos para
soldadura y brazing. La maquinabilidad de estos aceros mejora con el forjado o
normalizado, y disminuye con el recocido.9

2.3.4 Aceros para trabajos de corte y choque en frio
Debe combinarse una dureza suficiente para el corte con una tenacidad aceptable como
para que se rompan en los choques a los que están sometidos. Se suelen emplear aceros
aleados con cromo y wolframio. También para éste fin se usa con éxito el clásico acero de
muelles mangano-silicioso F-1440.

2.3.5 Aceros austeniticos resistentes al desgaste
Para ciertas aplicaciones como brocas de dragas, mandíbulas, placas de molinos,
trituradoras…Se suelen fabricar con aceros de 12.5% de manganeso y 1.2% de carbono
que es austenítico a temperatura ambiente. Aunque no son de muy elevada dureza, si
presentan una resistencia al desgaste extraordinaria. 10

2.3.6 Aleaciones de aluminio
A pesar de que el aluminio puro es un material poco usado se da la paradoja de que las
aleaciones de este material son ampliamente usadas en una gran variedad de
aplicaciones tanto a nivel industrial como a otros niveles.
Las aleaciones de aluminio (tanto las forjadas como las moldeadas) se clasifican en
función del elemento aleante usado (al menos el que esté en mayor proporción).

9
H. Wayne Beaty; Donald G. Fink: Manual estándar para ingenieros eléctricos, decimosexta edición. MATERIALES ESTRUCTURALES ,
Capítulo (McGraw-Hill Professional, 2013), AccessEngineering

10
Apraiz Barreiro, José. Patronato de Publicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. ED. Dossat, 5ª Edición,
1975.

Los elementos aleantes más usados son principalmente: cobre, manganeso, silicio,
magnesio, magnesio + silicio, zinc, entre otras. 11

2.4 CUARTO FRIO
Los sistemas de refrigeración consisten en adecuaciones mecánicas que usan las
propiedades termodinámicas para realizar un intercambio de energía en forma de calor
entre dos o más cuerpos. Específicamente la refrigeración es la ciencia que estudia los
procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a
temperatura inferior con respecto de los alrededores correspondientes. El calor siempre
fluye de una región de temperatura alta a una región de temperatura baja, es decir siempre
se tiene un flujo de calor hacia la zona refrigerada de las zonas calientes de alrededor, por
lo que se necesita una material aislante que mantenga al mínimo el flujo de calor. En
cualquier proceso de refrigeración se utiliza un fluido, una sustancia necesaria para la
extracción de calor que se le denomina refrigerante. Cuando el calor absorbido causa un
aumento en la temperatura del mismo, se dice que el proceso de enfriamiento es sensible,
mientras que cuando el calor absorbido causa un cambio en el estado físico, se dice que el
proceso de enfriamiento es latente.
Existen diversas aplicaciones para los sistemas de refrigeración como son:
acondicionamiento ambiental, alcanzando un grado de confort adecuado, conservación de
alimentos o productos perecederos como carnes, lácteos, frutas y verduras, conservación
de semillas, medicamentos, en la medicina transporte de órganos entre otros. También se
usan para procesos industriales, se reduce la temperatura de materiales para un buen
desarrollo, como en el mecanizado y producción de plástico, para licuar gases o en
investigaciones científicas, motores de combustión interna, máquinas y Herramientas. 12

2.4.1 Principios de funcionamiento de los sistemas de refrigeración
Los diferentes tipos de sistemas de refrigeración son:
- Refrigeración por compresión: estos sistemas son los más usados en la industria de
refrigeración generalmente un sistema por compresión consta de cuatro elementos
principales: Compresor que Comprime el refrigerante elevando su presión y
temperatura, hasta el punto que se pueda realizar la condensación, después se
descarga el refrigerante al condensador. Condensador que cambia de estado al
refrigerante de vapor a líquido. El fluidorefrigerante entra en el condensador en
estado de gas (vapor recalentado) y sale en estado líquido a la temperatura que se
condensó o incluso a una temperatura menor si se produce subenfriamiento. El

11Douglas W. Thornburg, AIA; John R. Henry, P.E.: 2012 International Building Code® Handbook. ALUMINUM, Chapter
McGraw-Hill Professional, 2013), AccessEngineering EXPORT
12 BALLARD, R.N. 1992. Calculating refrigeration loads on an hour-by-hour basis: Part I— Building envelope and Part II—
Infiltration and internal heat sources. ASHRAE Transactions 98(2):658-663, 664-669.
24

fluido refrigerante cede su calor al agente condensante (aire o agua). Dispositivo de
expansión hace que el fluido que entra en estado líquido sufra una caída de presión
y temperatura hasta la necesaria en el evaporador. También controla la cantidad de
fluido refrigerante que debe entrar en el evaporador. Evaporador se encarga de
enfriar o acondicionar la cámara, puede estar dentro o fuera de la misma. El objetivo
de este elemento es hacer que el fluido refrigerante que entra a baja presión y
temperatura empieza a enfriar ya que absorbe la energía externo del espacio que se
requiere enfriar.

- Refrigeración por absorción. Este proceso utiliza el calor como fuerza motriz en vez
de un compresor, es efectivo este sistema cuando el calor es abundante o barato o
cuando es producto secundario de otro proceso, este sistema es parecido al de una
caldera, excepto por las tuberías de agua enfriada y de agua del condensador. Los
quemadores de gas son partes del sistema si se trata de un enfriador de disparo
directo.

Existe gran variedad de sistemas de absorción, los pequeños sistemas son en
general compactos mientras que los más grandes vienen por partes, para el fácil
acceso y montaje en fábricas, comúnmente posee las siguientes partes un sistema
de absorción: Hervidor, condensador, evaporador, absorbidor.

2.4.2 Cuartos de refrigeración
Es un recinto aislado térmicamente que utiliza un sistema de refrigeración para la
extracción de energía del objeto en su interior. Para esto en el interior de la cámara se
ubica uno o más evaporadores, la cámara debe estar aislada térmicamente a fin de
minimizar la transferencia de calor por su estructura propia. Esto se logra gracias a paneles
frigoríficos construidos con polímeros sintéticos de bajo coeficiente de transferencia de
calor. Las paredes de una cámara frigorífica son de materiales de fácil limpieza, lisos,
impermeables, resistentes a la corrosión y de colores claros. Cualquier material aislante
térmico que se utilice deberá ser colocado en forma tal, que permita el cumplimiento de lo
especificado para paredes y techos y no tener contacto con el ambiente. 13

2.4.3 Condiciones del ambiente en cuarto frio
La temperatura de almacenameinto de las flores cortadas deberia ser lo mas proxima
posible al punto de congelacion de los tegidos que según whiteman (1957) 14 , para la
mayoria de flores esta alrededor de -0,5 ºC. Habitualmente las camaras se regulan a +2 ºC,

13
LIJÓ, Juan Manuel Franco. 2010. Manual de refrigeración. Barcelona : REVERTÉ S.A., 2010

14
WHITEMAN. T. M. 1957 Freezing points of fruits, vegetables and florist stocks. U.S.D.A

temperatura que permite un margen de error humano y de los automatismos antes de que
se produscan daños por frio 15
Humedad relativa: para evitar deshidratacion, la humedad relativa debe regularse lo mas
proxima posible al 100% 16, teniendo buen cuidado de evitar la precencia de agua fisica
sobre los tejidos, que aumentaria de forma considerable el riesgo de ataques de hongos,
que ya es elevado a humedades tan altas. Para reducir este riesgo es indispensable
mantener la instalacion con unos niveles de higiene muy exigentes.
Renovacion del aire: es importante sobre todo cuando se conservan especies climatericas
muy sensibles a la precencia de pequeñas cantidades de etileno en la atmosfera de la
camara. No es aconsejable cargar la camara en demasía, sobre todo con flores cuya
producción de etileno sea elevada. 17

2.5 ESTANTERIAS COMO SISTEMA DE ALMACENAMIENTO
Los almacenes o centros de distribución, operadores logísticos, deben tener técnicas y
métodos adecuados de gestión para dar respuesta a las siguientes funciones:
- Realizar más transacciones y más pequeñas.
- Manipular y almacenar más artículos.
- Manejar altas rotaciones de productos.
- Proveer más productos y servicios a la medida.
- Ofrecer más servicio de valor agregado.
- Dar respuesta en menor tiempo para procesar los pedidos.
- Entregar despachos certificados.
- Informar sobre las entradas y las existencias de inventarios.
- Controlar las materias primas sobre las entradas y las salidas.
- Reducir costos.
- Garantizar la calidad de los productos.
- Mantener los niveles de inventario previstos de materiales y mercancía al mínimo
costo.
- Lograr que el movimiento de productos a lo largo de todo el proceso sea eficiente.
- Controlar perfectamente los inventarios, la facturación y los pedidos.
- Tiempos de entrega más cortos.

15
MONCOUSIN. C. 1976. La conservation des fleurs coupèes. P.H.M. N.º 172, 29-34

16
PAULIN, A. 1975. La conservation frigorifique des fleurs coupèes. Bull. Inf. Tech. Min. Agr. 265 , 69-79

17
NICHOLS. R. 1971. Refrigeration and storage of cut flowers. refrig and air cond. N.º 74. 36-39

2.5.1 Tipos de estanterías

- ESTANTERIAS SELECTIVAS
Este tipo de estanterías permiten seleccionar cualquier pallet de un almacén, para aquellas
operaciones en las que hay relativamente muchos ítems diferentes y es necesario acceder
de inmediato a todos. Ésta técnica no obliga a emplear equipo especial si el último plano de
carga en altura se mantiene hasta los 6 metros, a donde se tiene acceso con elevadores
convencionales.

- ESTANTERIAS CONVENCIONALES FIJAS:
Es el sistema más común para productos apilados y no apilados. Se basa en estanterías
que permiten el acceso directo a los productos almacenados en ellas a través de distintos
pasillos, cuyo ancho estará determinado por el medio de manipulación empleado. Las
principales ventajas de este tipo de estantería son:
- Se puede emplear en almacenes con mercancía heterogénea (muchas referencias y
pocas unidades por referencia).
- Fácil colocación de productos.
- Permite almacenar mucha variedad de tipos de unidad de carga. 18

2.5.2 Criterios de almacenamiento en la empresa
Basados en la información expuesta en la tabla 1, se determinan los criterios de
almacenamiento para el cuarto frio de recepción de flor en la pos cosecha:

- Periodo de almacenamiento: diariamente están ingresando tabacos provenientes del
cultivo y saliendo tabacos del cuarto frio hacia la sala de clasificación, debido a que
en el cultivo diariamente se deben cortar las rosas que ya tengan el punto de corte
para no dejarlas pasar y luego se pierda cada tallo.

- Tiempo de almacenamiento: cada tabaco demora en almacenamiento dependiendo
de los pedidos por los clientes. Tanto como pueden demorar apenas dos horas en el
cuarto así mismo puede tardar en salir a la sala hasta dos semanas.

- Volumen unitario: cada tabaco (recipiente que contiene las rosas, ver ilustración 1.)
tiene un volumen aproximado de 50 dm3

- La densidad: 0,1 kg/dm3 cubico en el tabaco

18
UMB virtual. ALMACENAMIENTO DE MATERIALES. Pag7
27

Tabla 1. Criterios de almacenamiento

Fuente: UMB virtual
28

Ilustracion 1. Tabaco de rosas

Fuente: Agrícola Circasia S.A.S.
2.6 TUBERIA DE BAJO CONTENIDO EN CARBONO
El tubo de bajo carbono o tubo de cerramientotipo aguas negras está diseñado para
aplicaciones estructurales de baja especiación como postes de alumbrado, postes de
señalización, cerramientos y corrales en general. Los tubos para cerramiento se fabrican
con aceros e insumos cuidadosamente seleccionados, aplicando los procesos de
conformado en frío y electrofusión (ERW).
Los tubos de cerramiento se fabrican a partir de bandas de acero laminado en caliente, que
al pasar por una serie de rodillos sufren de un proceso de conformado en frío, el cerrado se
hace mediante soldadura por inducción con alta frecuencia (electrofusión ERW).
- Especificaciones técnicas
Los tubos de cerramiento marca COLMENA son fabricados con acero laminado en caliente
según la norma AISI/SAE 1008, ASTM A1011, JIS G 3132 SPHT 1 o cualquier otro acero
equivalente con una composición química de 0.15% de carbono y una adición del 0.3 al
0.6% de manganeso, (Ver tabla 2). Además se muestra una tabla de propiedades
adicionales provista por el mismo catálogo, (ver tabla 3) en donde se relaciona el peso por
unidad de diámetro y calibre de la tubería.
Tabla 2. Composición química del acero A1011 Utilizado para la tubería de aguas negras
marca colmena

Fuente: catálogo COLMENA
29

Tabla 3. Especificaciones técnicas de la tubería COLMENA

Fuente: catálogo COLMENA

2.7 CORROSION DE ESTRUCTURAS METALICAS EN AMBIENTES HUMEDOS

La humedad en contacto con estructuras metálicas, es un agente que propicia el fenómeno
de corrosión debido a que cumple su función de electrolito y permite la interacción metal -
agente corrosivo. Cuando se habla de corrosión de estructuras metálicas en ambientes
húmedos, uno de los referentes es un submarino, expuesto a condiciones extremas de
humedad y corrosión.

Antes de 1850 el principal material para la construcción de estructuras expuestas a la
humedad era la madera. Es así como en los siglos XVIII y XIX, tenía una vida útil de 50
años o más. Pero, desde el punto de vista de los materiales, poseían escasa resistencia a
la tracción y compresión, y estaban expuestos a gran desgaste y/o deterioro. Es así como
el cambio de gran cantidad de madera estaba en manos de los carpinteros.

Más tarde y tras la revolución industrial, se comenzaron a implementar los aceros de la
serie HY utilizados básicamente para la construcción de buques y submarinos. En los
últimos 40 años se ha extendido el uso de aceros de alta resistencia en la construcción,
con el fin de evitar errores derivados del conocimiento de ciertas propiedades del acero y
de las estructuras soldadas. Mejorar la resistencia del acero sin afectar su tenacidad, ha
sido entonces el principal desafío para los metalúrgicas en todo el mundo.
Para ello se ha recurrido a dos principios básicos: Reducir el contenido de carbono tanto
como sea posible y en su reemplazo incorporar elementos tales como manganeso, níquel y
cromo, asociados con tratamientos de templado y revenido. Posteriormente, controlar el
tamaño de grano en los aceros estructurales y permitir la precipitación de ciertos
30

compuestos, no sólo para lograr un buen límite de fluencia sino que también para
desarrollar una adecuada resistencia al impacto y excelente soldabilidad. 19

2.8 SOLDADURA DE ESTRUCTURAS
La soldadura es un proceso en el que se unen partes metálicas mediante el calentamiento
de sus superficies para llevarlas a un estado plástico, lo que permite que las partes fluyan y
se unan con o sin la adición de otro material fundido.
En las soldaduras propias de las estructuras metálicas el calentamiento se produce por la
acción de un arco eléctrico inducido entre las superficies de las piezas metálicas a unir y un
electrodo que se aproxima a la junta y que al fundirse proporciona el metal de aporte. En la
operación debe protegerse de la oxidación al acero en estado fluido, esto se logra de
diversas maneras, eso depende del proceso que se emplee.
2.8.1 Soldadura eléctrica smaw
Involucra el uso de electrodos revestidos de aplicación manual. Estos vienen en barras de
corta longitud por lo que el proceso se ve interrumpido cada vez que el operario desecha la
colilla y la reemplaza por otra nueva, generando así la posibilidad de creación de poros en
el cordón de soldadura y gran desperdicio. Ver ilustración 2. Sobre el cordón de soldadura
queda una capa de escoria que proviene del recubrimiento del electrodo y lo protege de la
oxidación mientras se enfría. Esta escoria debe removerse antes de hacer otro pase o
aplicar pintura. 20
2.8.2 Métodos de inspección de la soldadura
a. Inspección visual para detectar defectos obvios como llenado incompleto, cortes
fríos y grietas severas en la superficie.
b. Medida de las dimensiones para asegurarse que están dentro de las tolerancias.
c. Pruebas metalúrgicas, químicas, físicas y otras relacionadas con la calidad inherente
del metal fundido, pruebas de presión para localizar fugas en la fundición, métodos
radiográficos, pruebas de partículas magnéticas, uso de líquidos penetrantes
fluorescentes y pruebas supersónicas para detectar defectos superficiales o
internos.

19
Raúl Ortúzar Maturana. ESTRUCTURAS METALICAS EN AMBIENTES CORROSIVOS. Universidad
Técnica Federico Santa María, Valparaíso. CHILEMetals. 2009
20
Carlos Alberto Bermúdez Mejía. Curso básico de estructuras metálicas. Universidad nacional. I.S.B.N 958-
9322-89-1. 2005

Ilustración 2. Proceso de soldadura SMAW

Fuente: curso básico de estructuras metálica

2.9 RECUBRIMIENTO
El fin más frecuente e importante de los recubrimientos metálicos es el de proteger a otros
metales de la corrosión. Otros usos son lograr un conjunto de propiedades diferentes que
no están reunidas en un metal solo o fines decorativos.
La mayoría de los metales, expuestos a la acción del ambiente, sufren transformaciones
físicoquímicas que los degradan, reducen su utilidad y llegan a destruirlos. Los fenómenos
que originan estos cambios se agrupan en el concepto de corrosión, o, con mayor amplitud,
en el de deterioro de materiales
2.9.1 Recubrimiento electrolítico
Los procesos de recubrimientos electrolíticos o químicos consisten en depositar por vía
electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una
solución de iones metálicos o electrolito. En este proceso se usan productos químicos
relativamente puros, sales y metales, de forma que durante la operación se depositan
completamente los metales empleados sobre las piezas.

2.9.2 Recubrimiento anticorrosivo
Este es el método para el control de la corrosión más común y se basa en crear una
barrera entre el metal a proteger con el medio que le rodea. Dependiendo del espesor se
le conoce como recubrimiento cuando es menor a 1 mm y cuando es mayor se le conoce
como revestimiento. Se define como una mezcla o dispersión relativamente estable de un
pigmento en una solución de resinas y aditivos.
Su composición debe ser tal que al ser aplicada una capa delgada sobre un sustrato
metálico, sea capaz de formar una película seca uniforme que actúe como una barrera
flexible, adherente y de máxima eficiencia de protección contra la corrosión. 21
- Metálicos: Los recubrimientos metálicos se aplican mediante capas finas que
separen el ambiente corrosivo del metal, es decir que puedan servir como ánodos
sacrificables que puedan ser corroídos en lugar del metal subyacente. Los
galvanizados son un buen ejemplo de este caso.
- Orgánicos: Los recubrimientos orgánicos son polímeros y resinas producidas en
forma natural o sintética, generalmente formulados para aplicarse como líquidos que
se secan o endurecen como películas de superficies delgadas en materiales del
sustrato. Un ejemplo de estos recubrimientos son las pinturas.
- Inorgánicos: Los recubrimientos inorgánicos proporcionan acabadostersos y
duraderos, los más usados son el vidrio y los cerámicos.

3 DESARROLLO DEL PROYECTO.

El proyecto relaciona cuatro fases principales: el diseño, la selección de materiales, la
construcción, y la caracterización final de la estantería.

3.1 DISEÑO

3.1.1 Diagnóstico inicial

Previo a las actividades propias del proyecto se realiza un análisis del sitio en donde se va
a concentrar el desarrollo del trabajo, además de recolectar las propuestas por parte de la
empresa que se tienen al respecto con el fin de tener una base y así determinar todas las
variables no solo del ambiente de trabajo, sino también logísticas, que influyen de manera
significativa en el desarrollo del proyecto.

21
Dr. Ricardo Orozco cruz. RECUBRIMIENTOS ANTICORROSIVOS. Instituto de ingeniera, universidad
veracruzana. Unidad AntiCorrosión - II – UV. 2011

La empresa viene desarrollando su actividad económica de floricultivo por más de 25 años
habiendo desarrollado técnicas de almacenamiento iniciales básicas. Al pasar del tiempo y
con la continua evolución en los sistemas de gestión de calidad se exige a la empresa
elaborar un cuarto frio con las propiedades adecuadas para la conservación de las rosas y
así aumentar la calidad de dicho producto. Posteriormente y hace ya dos años se decide
construir un cuarto frio de recepción de flor cosechada debido a que el cuarto frio antiguo
no satisfacía la necesidad de cantidad de espacio de almacenamiento con respecto a la
cantidad de flor producida.
El cuarto frio fue construido a finales del 2017 solucionando el problema de espacio de
almacenamiento. Las rosas se almacenan en ramos de 25 tallos dentro de una caja de
carton-plast de dimensiones de 16,5 cm de alto por 27 cm de ancho y dos longitudes
diferentes de 1,05m y 1,25m dependiendo la longitud del tallo almacenado. Estas medidas
generan un volumen aproximado de 50 dm3 y teniendo en cuenta que cada tabaco pesa
aproximadamente 5 kg, la densidad de esos tabacos seria de 0,1 kg/dm3.
Estos tabacos se disponen en apilamientos de máximo 15 unidades verticalmente ubicados
sobre estibas de madera como se aprecia en la Ilustración 3.
Ilustracion 3. Metodo de almacenamiento por apilamiento

Fuente: autor
34

Esta forma de almacenar las rosas se implementó por cerca de 6 meses evidenciando
problemas para el manejo, inventario, y clasificación. Además los tallos de rosas de los
tabacos de la parte inferior de las pilas se veían afectados debido a la presión ejercida por
el peso de los tabacos de arriba, la distribución de agente refrigerante no es homogénea
presentando también presencia y propagación de enfermedades y hongos de un tipo de flor
a otra dentro del cuarto ocasionando serios problemas de pérdida de calidad en la etapa
final del proceso productivo.
El cuarto frio maneja temperaturas de 2°C +/- 2ºC controlada mediante 2 filas de 9
evaporadores dispuestos superiormente y dos dispuestas horizontalmente.
La humedad relativa de la bodega es de 75% +/-10% dependiendo de la temperatura y la
cantidad de flor almacenada. Esta humedad genera el ambiente electrolítico para un
proceso corrosivo en la estructura metálica.
Las dimensiones de la bodega son: 15 metros de larga, por 8 metros de ancha, por 3.7
metros de alta en promedio. Cuenta con un desnivel a lo largo del salón desde la mitad
hasta un lateral de 19 centímetros lo que afecta en el diseño debido a que se deben dejar
unos parales más largos que los otros. Fue diseñada para almacenar 100.000 tallos de flor
a su capacidad máxima, con una distribución espacial adecuada.
La empresa maneja 4 hileras de apilamiento sobre estibas en donde en periodos de
temporada alta de comercialización de flor, se han llegado a almacenar los 80.000 tallos de
rosa con el método de almacenamiento explicado anteriormente.

3.1.2 Diseño de distribución de planta.
El director de pos cosecha plantea que requiere conservar el mismo sistema de 4 hileras de
apilamiento de rosas pero haciendo cajones de estivas en donde se distribuyan las cargas
de tabacos para no apilar.
- visitas a empresas aledañas, se conocen diferentes tipos de diseños de
estanterías que aunque cumple la función de almacenar tienen problemas de mal
uso del espacio de almacenamiento y de corrosión como se evidencia en la
ilustración 4.

Ilustración 4. Estantería de la empresa MATINA`S FLOWERAS (Cogua-Cundinamarca)

Fuente: autor

3.1.3 Diseño de los módulos de estantes
Basado en esta información inicial se procede a realizar los diseños. Con ayuda del
programa AUTO-CAD versión 2010, se realizan los planos de distribución espacial
generando varias propuestas. En el anexo 1, se evidencian los planos aprobados por el
director de pos cosecha que luego es aprobado por la junta directiva.
El diseño seleccionado consta de 4 módulos de estantería (ver Anexo 1, plano1), dos
laterales y uno central doble que tiene dos puertas de paso entre cada módulo, como se
evidencia en el plano Anexo 1, plano 2. Cada módulo consta de 11 columnas y tres filas de
cajones de estantes (ver Anexo 1 plano 3). Cada cajón tiene una capacidad máxima de 25
tabacos. Estos 25 tabacos albergados por cajón, contiene 5 filas y 5 columnas de tabacos
en su totalidad.
El diseño tiene en cuenta la homogeneidad del ingreso del agente refrigerante a la totalidad
de los tabacos albergados por lo cual entre cada cajón queda un espacio de 8 cm por cada
límite para libre fluido.
Respecto al desnivel evidenciado de 19 cm en el piso se diseña la estantería con unos
parales más largos que los otros y así poder mantener horizontalmente nivelado el sistema
de almacenamiento (ver Anexo 1, plano 4). Además se debe dejar un desnivel en el tabaco
al almacenarlo, debido a que previamente se realiza una hidratación sumergiendo el tabaco
en tinas con agua, quedando así agua dentro del tabaco que no debe llegar a la cabeza del
tallo y así ser un agente nocivo de propagación de hongos. Este desnivel también es tenido
en cuenta dejando 5 cm en la parte frontal de la estantería más altos que la parte posterior
(ver Anexo 1 plano 3), y que es en donde va a ir la cabeza de la flor, y que es también
además donde va la ficha de marcación de la clase de flor que está contenida en cada
tabaco.

3.2 PROCESO DE SELECCIÓN DE MATERIALES

Luego de realizar el diseño se procede a ejecutar la METODOLOGIA DE SELECCIÓN DE
MATERIALES, Planteada por el profesor MICHAEL ASHBY, en su libro: “MATERIALS
SELECTION IN MECHANICAL DESIGN”. 2017.

3.2.1 Metodología de selección de materiales

Existen cuatro etapas en el proceso de selección de materiales que se denominan:
Translación: Traducir los requerimientos del diseño
Depuración: Filtrar usando las restricciones
Clasificación: Rankear usando los objetivos
Información de soporte: Buscar documentación

La Ilustración 5 muestra el diagrama de flujo de la metodología a implementar.

3.2.2 Fase de translación. Requerimientos de diseño
3.2.2.1 Resistencia mecánica
La estantería consta de cajones con capacidad máxima de 25 tabacos, y teniendo en
cuenta que cada tabaco pesa en promedio 5 kg la carga total que debe soportar el cajon es
de 100 kg de peso muerto. Como cada cajón tiene una base de 3 tubos de ¾” y cada tubo
tiene dos nodos o puntos de unión la carga total se divide en 6 puntos dando asi que la
carga que debe soportar cada unión soldada será de 16,4 kgf, entonces soporta 160,4N
Este esfuerzo se ejerce sobre el tubo y la junta soldada debido a que se está ejerciendo
una fuerza de flexión sobre este.
3.2.2.2 Comportamiento ante la corrosión
Debido al ambiente húmedo además de la constante exposición con el agua, la estantería
debe ser realizada en un material resistente a la corrosión, abrasión ydesgaste.
3.2.2.3 Comportamiento a bajas temperaturas
Debe ser un material cuya temperatura mínima de trabajo sea menor a la temperatura de
trabajo del cuarto, 0ºC
Se debe tener en cuenta que el material no debe ser frágil, porque debido a su modo de
operar, constantemente se está golpeando la estructura. Esto significa que el material debe
tener un alto índice de tenacidad y resistencia a la fatiga.

Ilustración 5. Etapas principales para la selección de materiales

Fuente. MICHAEL ASHBY. Materials selection in mechanical design. 2017
38

3.2.2.4 Factor económico
La empresa maneja costos de inversión en infraestructura muy ajustados lo que significa
que entre menor sea el costo del material para la estantería teniendo en cuenta en no
afectar en gran medida las demás propiedades, mayor será la posibilidad de ser
seleccionado
3.2.2.5 Viabilidad en el proceso de construcción
La producción de rosas es constante por lo tanto el cuarto frio va a permanecer en
funcionamiento constante, así que el proceso de construcción debe ajustarse a las
condiciones de operación del cuarto frio, que son: horarios de trabajo de lunes a viernes
hasta las 3:00pm y los sábados hasta la 1:00 pm. Además la temperatura y la humedad no
deben modificarse considerablemente.
La puerta de acceso solo mide 0,9 x 1,9 metros por donde debe ingresar el material, así
que se recomienda entrar cortado lo necesario y ensamblarlo en el interior del cuarto
3.2.2.6 Especificaciones y características físicas del material utilizado.
Debido a que el producto a almacenar son rosas tipo exportación el nivel de cuidado
fitosanitario es elevado por lo cual el material debe ofrecer acabado superficial liso y las
uniones deben ser completas, debido a que las superficies rugosas y los espacios entre
uniones favorecen el almacenamiento de sustancias o desechos que benefician la
proliferación de hongos. Además se debe tener en cuenta que los tabacos que contienen la
flor son en un material delicado, como lo es carton-plast, el cual con ángulos vivos se
deteriora fácilmente, por lo que es recomendable utilizar una geometría circular para los
perfiles de la estantería.
3.2.2.7 Facilidad de obtención del material en el mercado local
Debido a que la empresa maneja un departamento de compras y contabilidad, es
recomendable, por parte de ellos al proyecto, seleccionar un material de facilidad de
obtención en el mercado local.
3.2.3 Fase de depuración. Materiales que no satisfacen los requerimientos
Teniendo en cuenta los requerimientos planteados anteriormente ya se pueden depurar
varias familias de materiales como lo son:
- Los elastómeros: no presentan la rigidez requerida
- Los vidrios: su fragilidad y difícil unión entre ellos
- Los cerámicos: fragilidad y unión incompleta entre ellos
- La mayoría de polímeros: por su porosidad nociva para la fitosanidad de las rosas.
- Las espumas: porosidad
- Los naturales: porosidad y uniones incompletas
39

Quedando como candidatos los materiales compuestos, los metales y algunos polímeros
reforzados.

3.2.4 Fase de clasificación. Materiales que mejor hacen el trabajo
En esta fase se utiliza la herramienta de trabajo de los diagramas comparativos extraídos
de la aplicación “CES Edupack” presente en las aulas de informática de la UPTC y
habiendo hecho un análisis de cuales propiedades o requerimientos son los de mayor
importancia tanto para el proyecto como para la empresa, se realiza el siguiente proceso:
3.2.4.1 Clasificación según resistencia mecánica y costos
Tanto los costos como la resistencia mecánica son los requerimientos de mayor
importancia para la empresa. La ilustración 6 contrasta la resistencia a la tracción con el
precio en pesos colombianos de todas las familias de materiales con la finalidad de
seleccionar la que tenga mayor resistencia con precios económicos.

Ilustración 6. Diagrama resistencia a tracción vs precio por kilogramo
Fuente: CES Edupack

De esta grafica se determina que los materiales que mejor satisfacen los requerimientos de
resistencia debido a sus altos valores en resistencia a la tensión, son los aceros y los
materiales compuestos.
Al analizar el factor económico se observa que los materiales compuestos con alta
resistencia similar a la de los aceros tienen un costo mucho mayor que estos, a excepción
de algunas aleaciones de aluminio.

3.2.4.2 Clasificación según propiedades mecánicas especificas
Con este diagrama limite elástico vs tenacidad (ver ilustración 7) se determina el material
que soporta los requerimientos de tenacidad y limite elástico elevado para que conserve
sus relaciones dimensionales a lo largo del tiempo.

Ilustración 7. Diagrama limite elástico vs tenacidad

Fuente: CES Edupack

Se observa como los aceros y los compuestos respecto a estas propiedades mecánicas
son los que mayor satisfacción requerimientos. Los plásticos, aunque no son la mejor
selección, se ha notado, que también están en las zonas límite motivo por el cual también
deben tenerse en cuenta para la decisión final.
41

3.2.4.3 Clasificación por resistencia al ambiente corrosivo del cuarto frio
Mediante los diagramas de temperatura de trabajo y de comportamiento a la humedad (ver
ilustraciones 8 y 9) se obtiene la siguiente información:
Las familias de materiales que quedan por estudiar hasta esta etapa cumplen con estos
requisitos de resistencia al agua dulce y de temperatura de trabajo.
Los aceros no tienen el mejor comportamiento a la exposición al agua dulce con un
recubrimiento puede solucionarse este inconveniente.

Ilustración 8. Diagrama temperatura máxima y mínima de servicio

Fuente: CES Edupack

Ilustración 9. Diagrama limite elástico vs comportamiento ante el agua dulce

Fuente: CES Edupack

3.2.5 Fase de búsqueda de información de soporte
Luego de investigar en la herramienta de estudio CESedupack, y teniendo en cuenta el
concepto de requerimientos de la empresa brindados por la “junta técnica empresarial” se
encuentra que los materiales que mejor comportamiento a los requerimientos son los
siguientes 4:

A. Acero de baja aleación

DESCRIPCION
El hierro puro es un material blando. Si se le añade carbono y se trata bien térmicamente,
se puede obtener un material que casi tan duro y quebradizo como el cristal, o dúctil y
resistente como la chapa para calderas. Tratar térmicamente significa calentar el acero a
unos 800°C para disolver el carbono y, a continuación, enfriarlo rápidamente (templarlo)
pudiendo posteriormente aliviar tensiones con un calentamiento menor (revenido). El
temple del acero lo convierte en duro, quebradizo debido a la martensita. Templando poco
a poco el metal se restablece la resistencia y baja la dureza. El control del tiempo y
temperatura de revenido permite controlar las propiedades finales. Es maravilloso lo que el
1% de carbono puede hacer. Pero (el inevitable "pero") la velocidad de enfriamiento inicial
tiene que ser rápida (mayor de 200 °C/segundo para los aceros al carbono). No hay
43

ninguna dificultad en la transformación de la superficie de una pieza a martensita, pero el
interior se enfría más lentamente ya que el calor ha de atravesar el material. Si la pieza
sólo tiene unos pocos milímetros de espesor, hay algún problema, el interior no se enfría lo
suficientemente rápido. El problema se supera mediante la aleación. Al añadir un poco de
manganeso (Mn), níquel (Ni), molibdeno (Mo), o cromo (Cr), la velocidad de enfriamiento
crítica se viene abajo, permitiendo que las secciones de espesor sean endurecidas y
templadas. Agregando algo de vanadio (V) se consigue una fina dispersión de los carburos
que dan dureza, manteniendo la resistencia y ductilidad. Los aceros al cromo-molibdeno
como el AISI 4140 se utilizan para tubos de aeronaves y otras piezasde alta resistencia.
Los aceros al cromo-vanadio se utilizan para cigüeñales, ejes de hélices y herramientas de
alta calidad. Los aceros aleados para este propósito se llaman aceros de baja aleación, y la
propiedad fundamental que tienen es la "templabilidad".

Composición
Fe/<1.0 C/<2.5 Cr/<2.5 Ni/<2.5 Mo/<2.5 V

La tabla 4 presenta las propiedades principales de los aceros de baja aleación

Tabla 4. Propiedades generales del acero baja aleación

Propiedades generales
Propiedad Valor mínimo Valor máximo Unidad
Densidad 7,8e3 7,9e3 kg/m^3
Precio 2,12e3 2,52e3 COP/kg
Límite elástico 400 1,5e3 MPa
Resistencia a
tracción
550 1,76e3 MPa
Elongación 3 38 % Deformación
Tenacidad a fractura 14 200 MPa.m^0.5
Mínima temperatura
en servicio
-73,2 -43,2 °C

Conductividad
térmica
34 55 W/m.°C
Resistividad eléctrica 15 35 µohm.cm
Fuente: CES Edupack

Líneas de diseño
Los aceros de baja aleación son tratables térmicamente (la mayoría de los aceros al
carbono no lo son), utilizándose en aplicaciones donde la dureza, o la resistencia, es una
característica importante, sobre todo en secciones gruesas. Tienen una mayor resistencia a
la abrasión, una mayor dureza y tenacidad, así como una mejor resistencia a altas
temperaturas que los aceros al carbono. El acero aleado con un contenido de carbono de
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0,30 a 0,37% se utiliza para una resistencia moderada y gran tenacidad; del 0,40 al 0,42%
para una mayor dureza y buena resistencia; del 0,45 al 0,50% para alta dureza y
resistencia con tenacidad moderada; entre el 0,50-0,62% con dureza para muelles y
herramientas; el 1% para alta dureza y resistencia a la abrasión (rodamientos a bolas o
rodillos).

Aspectos técnicos
El sistema SAE-AISI para denominación de aceros con baja aleación, funciona de la misma
manera que para los aceros al carbono. Cada uno de acero tiene un código de cuatro
dígitos, los dos primeros dígitos indican los principales elementos de aleación, la segunda
pareja de dígitos da la cantidad de carbono, en centésimas. Aceros típicos son los de
níquel-cromo-molibdeno con designación 43xx, pero pueden incluir cualquiera de los
siguientes elementos de aleación: más del 2% de silicio, más de 0,4% de cobre, más del
0,1% de molibdeno, más de un 0,5% de níquel, más del 0,5% de cromo.

Descripción de diagrama de fase
Los aceros de alta resistencia y baja aleación contienen pequeñas (<5%) adiciones de
cromo (Cr), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y por supuesto el carbono (C). ver ilustración 10

Ilustración 10. Diagrama de fase acero baja aleación

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Fuente: CES Edupack
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Usos típicos
Muelles y resortes, herramientas, rodamientos a bolas, rodillos de llaminación, cigüeñales,
cambios, pasadores, cuchillos y tijeras, recipientes a presión

B. ACERO INOXIDABLE

Description
Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro, cromo, níquel, y a menudo, cuatro o cinco
elementos adicionales. La aleación transmuta el acero al carbono normal que se oxida, y
propenso a la fragilidad por debajo de la temperatura ambiente, en un material que supera
estas limitaciones. De hecho, la mayoría de los aceros inoxidables resisten la corrosión en
entornos más normales, y siguen siendo dúctiles a menores temperaturas

Composición
Fe/<0,25C/16 - 30Cr/3.5 - 37Ni/<10Mn + Si,P,S (+N para la serie 200)

La tabla 5 presenta las propiedades principales de los aceros inoxidables.

Tabla 5. Propiedades generales acero inoxidable

Propiedades generales
Propiedad Valor mínimo Valor máximo Unidad
Densidad 7,6e3 8,1e3 kg/m^3
Precio 1,72e4 1,87e4 COP/kg
Límite elástico 170 1e3 MPa
Resistencia a
tracción
480 2,24e3 MPa
Elongación 5 70 % Deformación
Tenacidad a fractura 62 150 MPa.m^0.5
Mínima temperatura
en servicio
-272 -271 °C

Conductividad
térmica
12 24 W/m.°C
Resistividad eléctrica 64 107 µohm.cm
Fuente: CES Edupack

Líneas de diseño
El acero inoxidable se debe utilizar de manera eficiente para justificar el aumento de coste.
Esto se consigue aprovechando su alta resistencia mecánica y a la corrosión. El diseño
económico utiliza secciones delgadas, laminados calibrados, y perfiles simples. Las
soldaduras ocultas evitan el acabado superficial posterior, y se deben usar grados
adecuados para su mecanizado (tales como los de mecanizado libre cuando este es
necesario). El acabado superficial pueden ser controlado por laminación, pulido o chorro de
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arena. Los aceros inoxidables se seleccionan, en primer lugar, por su resistencia a la
corrosión, en segundo lugar, por su fuerza y en tercer lugar, por su facilidad de fabricación.
La mayoría de los aceros inoxidables son difíciles de doblar, deformar y cortar, se requieren
velocidades de corte lento y geometrías de herramienta especiales. Están disponibles en
chapas, flejes, barras, alambres, tubos y tuberías, y puede ser fácilmente soldado y
rellenado. La soldadura del acero inoxidable es posible, pero el metal de aporte debe ser
seleccionado para garantizar una composición equivalente y mantener la resistencia a la
corrosión. La serie 300 es la más soldable, mientras que la serie 400 lo es menos.

Aspectos técnicos
Los aceros inoxidables se clasifican en cuatro categorías: los austeniticos en las series 200
y 300 (aleaciones Fe-Cr-Ni-Mn), la serie 400 correspondiente a los ferriticos (aleación Fe-
Cr), los martensíticos (Fe-Cr-C), aleaciones que también forman parte de la serie 400, y se
pueden endurecer por precipitación (PH), y por último, las aleaciones (Fe-Cr-Ni-Cu-Nb) con
designaciones que comienzan con S. Entre los grados de acero inoxidable austenítico el
más típico es el 304: 74% de hierro, 18% de cromo y 8% de níquel. Aquí, el cromo protege
mediante la creación de una película (Cr2O3) de protección todas las superficies
expuestas, y el níquel estabiliza la austenita (cúbica centrada en caras), dando ductilidad y
resistencia tanto a altas como a bajas temperaturas, aunque no son magnéticos (una forma
de identificarlos). La combinación de estructuras austeníticas y ferríticas (los aceros
inoxidables dúplex) proporcionan un crecimiento mucho más lento de las grietas inducidas
por tensiones, pudiendo ser laminados en caliente o fundidos y con frecuencia tratados
térmicamente. El acero inoxidable austenítico con alto contenido de molibdeno y cobre,
tiene una excelente resistencia a la corrosión y a las picaduras. Un alto contenido en
nitrógeno en el acero inoxidable austenítico le confiere mayor resistencia. Los
superferriticos (más del 30% de cromo) son muy resistentes a la corrosión, incluso en agua
que contiene cloro.

Descripción de diagrama de fase
La mayoría de los aceros inoxidables son aleaciones de hierro (Fe) con cromo (Cr) y níquel
(Ni) ver Ilustración 11. Este es el diagrama de fases ternario a 800°C con estos tres
elementos. La posición del acero inoxidable AISI 302 (Fe-18%Cr-8%Ni) se muestra en el
diagrama.

Usos típicos
Vagones, camiones, tráileres, equipamiento en la industria de la alimentación, lavabos,
quemadores, menaje de cocina, cuchillería, carpintería metálica en arquitectura, lavadoras,
equipos para procesos químicos, piezas de reactores, instrumental quirúrgico, hornos y
componentes de calderas, piezas para quemadores de aceite, equipos para industria del
petróleo e industria láctea, equipos de tratamiento térmico, interiores de automoción.
Posibles usos estructurales en ambientes corrosivos (ej. centrales nucleares, buques,
instalaciones petrolíferas, cables submarinos y tuberías)

Ilustración 11. Diagrama de fase acero inoxidable
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Fuente: CES Edupack

C. ACERO ORDINARIO DE BAJO CONTENIDO EN CARBONO

Descripción

Al pensar en acero y vienen a la mente los ferrocarriles, plataformas petrolíferas, buques
cisterna, y rascacielos. Y esta imagen no es solo acero, sino acero al carbono. Ese es el
metal que los hizo posible. No hay otra ningún material que