tesisSoteloyLedesma

Universidad Autnoma Chapingo

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Departamento de Ingeniera Mecnica Agrcola

INDICE GENERAL NDICE DE FIGURAS. ____________________________________________________ i NDICE DE TABLAS _____________________________________________________ iv RESUMEN _____________________________________________________________ 1 SUMMARY _____________________________________________________________ 2 INTRODUCCIN ________________________________________________________ 3 OBJETIVOS. ___________________________________________________________ 4 JUSTIFICACIN ________________________________________________________ 5 CAPITULO I. SITUACIN ACTUAL DE LOS INVERNADEROS EN MXICO. __ 61.1 Definicin de Invernaderos. ________________________________________________ 7 1.2 1.3 1.4 1.5 Ventajas del invernadero________________________________________________ 7 Desventajas del invernadero ____________________________________________ 9 Importancia de los invernaderos ________________________________________ 9 Clasificacin de invernaderos por la forma o perfil externo. ______________ 10Invernaderos planos ______________________________________________________ 11 Invernaderos tipo dientes de sierra__________________________________________ 12 Invernadero tipo capilla (a dos aguas) _______________________________________ 12 Invernadero tipo tnel o arco _______________________________________________ 13

1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4

1.6

Elementos y partes de un invernadero __________________________________ 14Cimentacin y muro perimetral _____________________________________________ 17 Postes y pilares __________________________________________________________ 18 Capitel __________________________________________________________________ 18 Arcos y formas ___________________________________________________________ 18 Largueros _______________________________________________________________ 19 Travesaos ______________________________________________________________ 19 Puertas _________________________________________________________________ 20 Ventilas _________________________________________________________________ 20 Canaletas de desage ____________________________________________________ 20 Tensores, tirantes y vientos ________________________________________________ 20

1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.6.4 1.6.5 1.6.6 1.6.7 1.6.8 1.6.9 1.6.10

1.7

Materiales para la construccin de invernaderos ________________________ 21

1.7.6 Materiales empleados en estructuras________________________________________ 21 1.7.7 Estructuras de madera ____________________________________________________ 21 1.7.8 Estructuras metlicas _____________________________________________________ 22 1.7.8.1 Perfiles estructurales de acero negro _____________________________________ 23 1.7.8.2 Perfiles estructurales de acero galvanizado ________________________________ 24 1.7.8.3 Perfiles de [PTR] _______________________________________________________ 25


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CAPITULO II TROQUELADO Y DOBLEZ COMO PROCESOS DE MANUFACTURA DE PERFILES CUADRADOS. ___________________________ 282.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Uso de mquinas en la construccin y operacin de invernaderos _______ 29 Industrias manufactureras _____________________________________________ 29 Invernaderos como productos de fabricacin ___________________________ 30 Capacidad de manufactura _____________________________________________ 31 Procesos de manufactura ______________________________________________ 31 El troquel como elemento de operacin de proceso. ____________________ 33

2.6.1 Definicin de troquel ______________________________________________________ 33 2.6.2 Troquelado ______________________________________________________________ 34 2.6.3 Campos de aplicacin _____________________________________________________ 34 2.6.4 Importancia de los troqueles _______________________________________________ 35 2.6.5 Elementos de un troquel ___________________________________________________ 36 2.6.6 Clasificacin de las matrices._______________________________________________ 38 2.6.7 Finalidad de las matrices progresivas _______________________________________ 39 2.6.8 Sistemas de alimentacin__________________________________________________ 40 2.6.9 Aspectos a considerar en el diseo de un troquel _____________________________ 40 2.6.10 Normas en el diseo de troqueles. __________________________________________ 41 2.6.10.1 Requisitos tcnicos en el diseo y construccin de troqueles para trabajar en fro. ___________________________________________________________________________ 42 2.6.10.2 Criterios para la seleccin de aceros ____________________________________ 42 2.6.11 Operaciones en troqueles progresivos _______________________________________ 43 2.6.11.1 Embutido ____________________________________________________________ 43 2.6.11.2 Operaciones de corte. _________________________________________________ 50

2.7 Proceso de doblado. _____________________________________________________ 582.7.1 Doblado de material tubular____________________________________________________ 58 2.7.2 Anlisis de ingeniera del doblado ______________________________________________ 62 2.7.3 Tolerancia de doblado (BA). ___________________________________________________ 62 2.7.4 Recuperacin elstica (SB). ___________________________________________________ 63 2.7.5 Fuerza de doblado (F). ________________________________________________________ 64

CAPITLO III. METODOLOGA DEL DISEO. ____________________________ 653.1. Generalidades ___________________________________________________________ 65 3.2. Ingeniera de manufactura _______________________________________________ 67 3.3. Materiales en el diseo mecnico y en la manufactura _____________________ 68 3.4. La planeacin de procesos _______________________________________________ 693.4.1. Planeacin tradicional de procesos _____________________________________________ 69 3.4.2. Planeacin de procesos para partes____________________________________________ 70

3.5. Diseo para ensambles __________________________________________________ 70


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3.6. Metodologa a seguir. ____________________________________________________ 71 3.7. Diseo conceptual _______________________________________________________ 723.7.1. Control de calidad fuera de lnea _______________________________________________ 75 3.7.2. Identificacin de la necesidad. _________________________________________________ 77 3.7.3. Alternativas._________________________________________________________________ 77 3.7.4. Requerimientos y restricciones. ________________________________________________ 78 3.7.4.1. Requerimientos del troquel. _______________________________________________ 79 3.7.4.2. Requerimientos de la dobladora. ___________________________________________ 79 3.7.4.3. Restricciones. ___________________________________________________________ 79 3.7.5. Requerimientos ingenieriles. __________________________________________________ 80

3.8. Diseo definitivo. ________________________________________________________ 813.8.1. Esquema de procesos. _______________________________________________________ 81 3.8.2. Eleccin de mtodos. ________________________________________________________ 82 3.8.3. Criterios de evaluacin y evaluacin de los mtodos. _____________________________ 82 3.8.4. Resultados del diseo conceptual. _____________________________________________ 84

CAPITLO IV. RESULTADOS DEL DISEO DE DETALLE. ________________ 894.1. Parmetros de clculo y diseo de elementos principales. _________________ 904.1.1. Clculo del hendido. _________________________________________________________ 90 4.1.2. Claro del hendido. ___________________________________________________________ 91 4.1.3. Lmites de relacin del hendido (AR). ___________________________________________ 92 4.1.4. Anlisis de reduccin (r).______________________________________________________ 92 4.1.5. Relacin de espesor al ancho (). _____________________________________________ 93 4.1.6. Fuerza requerida para el hendido (F). __________________________________________ 94 4.1.7. Clculo del punzonado. _______________________________________________________ 94 4.1.8. Fuerza de corte para el punzonado (F). _________________________________________ 96 4.1.9. Clculo del doblez. ___________________________________________________________ 96 4.1.10. Recuperacin elstica. ______________________________________________________ 97 4.1.11. Fuerza de doblado. _________________________________________________________ 99

4.2. Descripcin y funcin de los elementos del troquel. ______________________ 1014.2.1. Matriz._____________________________________________________________________ 101 4.2.2. Sufridera. __________________________________________________________________ 102 4.2.3. Punzn. ___________________________________________________________________ 102 4.2.4. Porta punzn. ______________________________________________________________ 103 4.2.5. Columnas gua o postes. ____________________________________________________ 103 4.2.6. Casquillos gua o tasas. _____________________________________________________ 104 4.2.7. Placa superior e inferior. _____________________________________________________ 104

4.3. Descripcin y funcin de los elementos de la dobladora. _________________ 1054.3.1. Rodillos. ___________________________________________________________________ 105 4.3.2. Base general. ______________________________________________________________ 106 4.3.3. Brazo mvil.________________________________________________________________ 107 4.3.4. Ejes. ______________________________________________________________________ 108 4.3.5. Soporte lateral fijo. __________________________________________________________ 108


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4.3.6. Soporte superior fijo. ________________________________________________________ 109 4.3.7. Tapa mvil. ________________________________________________________________ 109 4.3.8. Tapa ranurada mvil. ________________________________________________________ 110 4.3.9. Placa gua y gua.___________________________________________________________ 110 4.3.10. Palanca. __________________________________________________________________ 111 4.3.11. Rodamientos. _____________________________________________________________ 111 4.3.12. Base o Chasis. ____________________________________________________________ 112

CAPITULO V. RESULTADOS DEL ANLISIS ECONMICO. ______________ 1135.1. Costos por la construccin. _____________________________________________ 113 5.2. Costo de diseo. _______________________________________________________ 113 5.3. Costo de materiales, maquinado y temple. _______________________________ 114 5.4. Costo total._____________________________________________________________ 117 5.5. Costos horarios.________________________________________________________ 1175.5.1. Costos fijos. ________________________________________________________________ 117 5.5.2. Costos de operacin (Co) ____________________________________________________ 119

5.6. Justificacin econmica.________________________________________________ 1215.6.1. Costo de troquelado y doblado. _______________________________________________ 121 5.6.2. Productividad de la mquina. _________________________________________________ 121 5.6.3. Ingreso por troquelado y doblado. _____________________________________________ 122 5.6.4. Utilidades (U) ______________________________________________________________ 122 5.6.5. Relacin beneficio costo (R b/c) ______________________________________________ 122

CONCLUSIONES _____________________________________________________ 124 RECOMENDACIONES _________________________________________________ 125 BIBLIOGRAFA _______________________________________________________ 126 ANEXOS _____________________________________________________________ 128


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NDICE DE FIGURAS. Figura 1.1. Invernadero con sus elementos Figura 1.2. Arco ensamblado Figura 1.3. Perfiles tubular cuadrado PTR Figura 2.1. Diagrama de proceso de manufactura Figura 2.2. Diagrama proyecto de construccin de un invernadero Figura 2.3. Elementos de un troquel Figura 2.4. Porta punzn, punzn y sufridera Figura 2.5. Esquema de clasificacin de las matrices Figura 2.6. (a) Embutido de una parte ocupada, (b) piezas de trabajo correspondientes Figura 2.7. El punzn entra en contacto con el trabajo Figura 2.8. Doblado Figura 2.9. Enderezado Figura 2.10. Los efectos de la friccin y de la compresin Figura 2.11. Forma final de la copa Figura 2.12. Cizallado o corte de una lmina metlica entre dos bordes cortantes Figura 2.13. Bordes cizallados caractersticos del material de trabajo Figura 2.14. Operacin de cizallado Figura 2.15. Punzonado (blanking) y perforado (punching) Figura 2.16. Efecto del claro Figura 2.17. Determinacin de formas Figura 2.18. Fuerzas de corte Figura 2.19. Reacciones de elongacin a la tensin y a la compresin en el doblado Figura 2.20. Dimensiones y trminos en el doblado de tubos Figura 2.21. Doblado por extensin Figura 2.22. Doblado por arrastre Figura 2.23. Doblado por compresin Figura 2.24. Doblado con rodillos i


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Figura 2.25. Doblado de lmina metlica Figura 3.1. Fases del diseo Figura 3.2. Diagrama de bloques que indica el control de calidad fuera de lnea y en lnea Figura 3.3. Esquema de procesos Figura 3.4. Perfil tubular cuadrado Figura 3.5. Material hendido Figura 3.6. Proceso de hendido del PTR Figura 3.7. Proceso de punzonado del PTR Figura 3.8. PTR despes del hendido y punzonado Figura 3.9. Rodillo fijo Figura 3.10. Rodillo mvil Figura 3.11. Colocacin de los rodillos y material Figura 3.12. PTR despus del doblez Figura 4.1. Parmetros del hendido Figura 4.2. Parmetros del punzonado Figura 4.3. Factores de recuperacin elstica Figura 4.4. Parte horizontal a doblar del PTR Figura 4.5. Parte vertical a doblar del PTR Figura 4.6. Troquel hendido punzonado Figura 4.7. Matriz ensamblada a la placa inferior Figura 4.8. Sufridera Figura 4.9. Pieza macho del hendido Figura 4.10. Punzn Figura 4.11. Porta punzn Figura 4.12. Postes Figura 4.13. Casquillo Figura 4.14. Placa superior ii


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Figura 4.15. Placa inferior Figura 4.16. Dobladora Figura 4.17. Rodillo fijo Figura 4.18. Rodillo mvil Figura 4.19. Base general Figura 4.20. Brazo mvil Figura 4.21. Ensamble Figura 4.22. Eje rodillo fijo Figura 4.23. Eje rodillo mvil Figura 4.24. Soporte lateral fijo Figura 4.25. Soporte superior fijo Figura 4.26. Tapa mvil Figura 4.27. Tapa ranurada mvil Figura 4.28. Ensamble Figura 4.29. Placa gua Figura 4.30. Gua Figura 4.31. Ensamble Figura 4.32. Palanca Figura 4.33. Rodamiento Figura 4.34. Base

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NDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Ventajas y desventajas de invernaderos planos Tabla 1.2. Ventajas y desventajas de invernaderos tipo dientes de sierra Tabla 1.3. Ventajas y desventajas de invernaderos planos Tabla 1.4. Ventajas y desventajas de invernaderos tipo tnel o arco Tabla 1.5. Caractersticas del perfil tubular cuadrado PTR Tabla 2.1. Valor de las tolerancias para los tres grupos de lminas metlicas Tabla 3.1. Aspecto de la calidad Tabla 3.2. Cuadro transformacin de requerimientos obligatorios a trminos ingenieriles Tabla 3.3. Evaluacin de mtodos Tabla 4.1. Caractersticas del acero grado herramienta D2 Tabla 5.1. Costo de diseo Tabla 5.2. Materiales utilizados en el troquel Tabla 5.3. Materiales utilizados en la dobladora Tabla 5.4. Costo de temple

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RESUMEN El uso de invernaderos es una de las tcnicas agrcolas ms redituables en los ltimos tiempos, de acuerdo a datos obtenidos, el aumento anual de su construccin en Mxico va de las 300 a 400 hectreas. [1]

Existen varios tipos de invernaderos, y stos estn diseados en base a su capacidad de carga, aireacin, volumen, luminosidad, forma para soportar vientos y lluvia, entre otros aspectos. Y de acuerdo a esas caractersticas, los modelos que stos presentan en su estructura van desde invernaderos planos hasta invernaderos de estructura curva o combinados.

Debido a la necesidad de hacer ms econmicos y eficientes los procesos de manufactura en las micro, pequeas y medianas empresas dedicadas al procesamiento de materiales para invernadero; en el presente trabajo se abordan tres mtodos de manufactura para los arcos de invernadero. Generando una alternativa de ensamble arco poste, en la cual se ahorran materiales, se facilita el armado y desarmado de la estructura y sobre todo se genera un buen soporte de cargas.

Para abarcar estos procesos se buscaron alternativas que dieran solucin a la elaboracin, teniendo en claro principalmente tres, que son: la realizacin de un hendido, punzonado y doblez en el perfil tubular cuadrado que es utilizado para los arcos.

Una vez establecidas las necesidades, se procedi a la bsqueda de alternativas, teniendo como eleccin principal el diseo de un troquel progresivo que se encargar de los procesos de hendido y punzonado, al igual que el diseo de una dobladora correspondiente al troquel, la cual dar un doblez a diferentes ngulos. El proceso de diseo, as como los clculos y resultados se presentan a continuacin. Palabras clave: Diseo, Troquel, Dobladora, Invernadero.1


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SUMMARY The use of greenhouse is one the most profitable agricultural techniques in recent years, according to data the annual increase in construction in Mexico is the 300 to 400 hectareas. [1] There are several types of greenhouse and they are designed based on their carrying capacity, aeration, volume, brightness, shape to support wind and rain among others. According to these characteristics, the models they present in their structure range from greenhouse plans to greenhouse curved structure or combination. Due to need for more economical and efficient manufacturing processes in micro, small and medium companies dedicated to processing to materials to greenhouse. Generating an alternative assembly arc-pole which saves materials facilities the assembly and disassembly of the structure and everything is generated good support of loads. To cover this processes were searched alternatives to give solutions to the development, taking into account three main, which are: the creation of a cleft, puching and folding in square tubular profile that is used for the arches. Once established needs, we proceeded to search for alternatives, having as main election to design a progressive die, that will be responsible for the processes of cleft and puching, as well as the design of a bender corresponding to die, which will a bend at different angles. The design process, calculations and results are presented below. Keywords: Design, Die, Bending, Greenhouse.

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INTRODUCCIN La implementacin de tecnologas para la mecanizacin y manufactura de nuevos productos es de gran importancia para el desarrollo, crecimiento y mejora de las empresas.

Sin embargo, obtener esto tiene una gran limitante, que es la alta inversin inicial que se tiene que realizar. Para lo cual a las pequeas y medianas empresas les es difcil de implementar.

Actualmente los ingenieros tienen un compromiso con la sociedad, y ste es el dar soluciones a las necesidades presentes, tomando en cuenta que esto debe ser apegado a los recursos materiales y financieros con los que se cuenta, optimizndolos al mximo para un buen beneficio.

Por lo que una opcin viable es la propia fabricacin y automatizacin de los elementos de la lnea de produccin al menor costo posible, con el fin de obtener productos con caractersticas especiales y de buena calidad.

Hay ciertas tareas que el hombre por su propia mano no puede realizar, tales como hacer un doblez o modificacin de un perfil tubular. Teniendo como punto principal el ahorro significativo en tiempos de trabajo basados en la facilidad de su realizacin, que es traducido en disminucin de costos y mejoramiento en la calidad del producto final, es necesario generar una alternativa rentable para la manufactura de este material.

Para esto, en el presente trabajo se describe el diseo de un troquel y una dobladora de perfil tubular cuadrado, que sirven para la manufactura de los arcos de invernadero.

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OBJETIVOS. OBJETIVO GENERAL Generar una alternativa rentable para la manufactura de arcos de invernadero, realizando el diseo de un troquel para hendido, y una dobladora de perfil tubular cuadrado [PTR] que realice esta operacin de manera eficiente y econmica, tanto en su construccin como operacin.

OBJETIVOS PARTICULARES Disear un troquel para realizar las operaciones de hendido y punzonado en perfil tubular cuadrado [PTR]. Disear una mquina dobladora de perfil tubular cuadrado [PTR] que realice el doblez a diferentes ngulos, sin provocar daos al material. Generar una mquina eficiente, que permita obtener una produccin de doblado en serie de perfil tubular cuadrado [PTR] a bajo costo. Mejorar la calidad del proceso de doblez en los arcos para invernadero. Seguir una metodologa de anlisis econmico que permita verificar que las maquinas diseadas son costeables.

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JUSTIFICACIN En este proyecto se pretende generar una alternativa rentable de manufactura para las micro, pequeas y medianas empresas dedicadas al procesamiento de materiales para invernadero.

Cumpliendo con una de las necesidades principales cuando se inicia en el ramo, que es minimizar los costos en la adquisicin de su lnea de produccin.

Las mquinas que se encuentran actualmente en el mercado, llegan a ser inalcanzables para algunas empresas, debido a que su precio es demasiado alto o su existencia en Mxico es escasa, por lo que se tiene que recurrir a la importacin de otros pases.

Es por eso, que el proyecto tiene la finalidad de generar una opcin ms para todas aquellas personas que requieran herramientas de manufactura para arcos de invernadero. Teniendo el diseo de un troquel y una dobladora para perfil tubular cuadrado, los cuales pueden adquirirse a un bajo costo y se pueden adaptar a las necesidades de cada empresa.

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CAPITULO I. SITUACIN ACTUAL DE LOS INVERNADEROS EN MXICO.

A pesar de contar con una experiencia de casi cuatro generaciones en produccin y exportaciones, mano de obra econmica y clima adecuado, la realidad es que los productores nacionales han estado perdiendo una buena parte del porcentaje de las importaciones del mercado norteamericano. Esto se debe sobre todo a la creciente participacin de Canad en la produccin de invernaderos. Es decir, que en los ltimos cinco aos hemos perdido algunas ventajas competitivas por no invertir de manera oportuna en un sector que ahora est creciendo rpidamente, como tratando de recuperar el terreno perdido. [5] La superficie de invernaderos en Mxico probablemente no llega a 6,000 hectreas, como se ha tratado de establecer en diversos foros y seminarios. De acuerdo con especialistas de Estados Unidos y los Pases Bajos, la superficie actual de invernaderos en Mxico es de 1,000 hectreas, a las cuales se agregan casi 2,500 hectreas de estructuras de mallas y tneles. [1] Se estima que el crecimiento de los invernaderos alcanza cifras del 35% anual, es en realidad una sustitucin de la produccin de campo abierto. Incluso con el incremento en los precios de los fertilizantes y los combustibles, es muy probable que las inversiones en invernaderos logren cubrir hasta un 20% del total de la produccin, con lo cual las cifras llevaran a pensar en una superficie aproximada de 2,000 hectreas de invernaderos para este 2010. Ello significa que anualmente se podran sumar entre 300 y 400 hectreas de nuevos invernaderos. La apuesta por el crecimiento de los invernaderos, apunta hacia el centro y el norte del pas (Jalisco, Michoacn, Quertaro, Mxico, Chihuahua, Coahuila y Zacatecas) debido a factores de costo de produccin, preferencias de los inversionistas y cercana con los mercados del este de Estados Unidos. [17] La produccin de cultivos bajo invernadero es una de las tcnicas ms modernas que se utilizan actualmente en la produccin agrcola. Uno de los obstculos para6


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la introduccin de esta tecnologa en Mxico ha sido el nivel de inversin requerida. Un invernadero holands cuesta aproximadamente 100 dlares el metro cuadrado y un canadiense 50 dlares, esto incluye el invernadero y un control de riego y temperatura. Este tipo de inversiones se encuentran fuera del alcance de muchos de nuestros productores, por lo que es necesaria la oferta de tecnologa a costos menores. Hasta hace un tiempo, los invernaderos eran una prctica costosa que solo se justificaba para cultivos muy valiosos. Hoy gracias a la existencia del mercado de nuevos materiales, los invernaderos constituyen una herramienta muy til y ms accesible con la cual es posible prolongar los periodos de crecimiento de las plantas en general. [5] 1.1 Definicin de Invernaderos.

Es una construccin agrcola de estructura metlica, usada para el cultivo y/o proteccin de plantas, con cubierta de pelcula plstica traslucida que no permite el paso de la lluvia al interior y que tiene por objetivo reproducir o simular las condiciones climticas ms adecuadas para el crecimiento y desarrollo de las plantas cultivadas establecidas en su interior, con cierta independencia del medio exterior y cuyas dimensiones posibilitan el trabajo de las personas en el interior. Los invernaderos pueden contar con un cerramiento total de plstico en la parte superior y malla en los laterales. [8] 1.2 Ventajas del invernadero Intensificacin de la produccin. Establecen las condiciones apropiadas para acelerar el desarrollo de los cultivos y permitir mayor cantidad de planta por unidad de superficie de la que se puede establecer a campo abierto.

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Posibilidad de cultivar todo el ao. Permiten el desarrollo de los cultivos en cualquier poca del ao, as como la obtencin de dos o ms ciclos de cultivo al ao, dependiendo de la especie. Obtencin de productos fuera de temporada. Se tiene la seguridad en el abasto continuo con productos de excelente calidad y la confianza de poder cumplir compromisos con clientes exigentes. Obtencin de productos en regiones con condiciones restrictivas. Los invernaderos permiten la obtencin de cultivos en regiones donde el clima no es el apropiado para el establecimiento de los mismos. Aumento de los rendimientos por unidad de superficie. Los rendimientos de los cultivos bajo invernadero directamente en el suelo aumentan de dos a tres veces, comparados con los cultivos a campo abierto. Utilizando sustratos y sistemas hidropnicos la productividad puede llegar hasta diez veces superior. Obtencin de productos de alta calidad. Los productos obtenidos son de mejor calidad, ya que no estn sometidos a los daos ocasionados por las inclemencias ambientales. Menor riesgo en la produccin. Quedan exentos de variaciones ambientales y factores naturales. Uso eficiente del agua e insumos. Con los sistemas de riego localizado, de precisin, fertirrigacin e hidroponia, se les proporciona lo ptimo de acuerdo a la etapa de desarrollo. Mayor control de plagas, malezas y enfermedades. Facilita el control de patgenos, las malezas y plagas. Mayor comodidad y seguridad para realizar el trabajo. Las actividades no son retrasadas por imprevistos meteorolgicos. Condiciones idneas para la experimentacin e investigacin. [1]8


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1.3 Desventajas del invernadero Inversin inicial alta. Alto nivel de especializacin y capacitacin. Altos costos de produccin. Condiciones ptimas para el ataque de agentes patgenos. [1]

1.4 Importancia de los invernaderos En los ltimos aos en Mxico se ha generalizado de manera considerable el cultivo bajo invernadero como forma ms comn del cultivo protegido. A las zonas tradicionales de gran cultivo bajo invernadero, se han ido aadiendo otras que han adquirido ya gran importancia en explotacin de invernaderos, tanto en hortalizas como para plantas ornamentales. En cualquier caso, no cabe la menor duda de que se trata de un sector de la produccin agrcola que tiene, y est llamado a tener en los prximos aos una importancia y un auge indiscutibles. Muchos agricultores han cambiado sus sistemas de produccin tradicionales a invernaderos, ms o menos complejos. Prcticamente cualquier tipo de agricultura, hoy en da para ser rentable, debe ser muy tecnificada, y el agricultor actual debe dominar una serie de tcnicas de produccin para poder ser competitivo. Una de las aplicaciones ms conocidas y ms positivas de la tecnologa en la agricultura ha sido la consecucin de condiciones de cultivo independientes de los factores climticos y de los riesgos que estos comportan. [1] El uso de invernaderos tiene como objetivo, nico o compartido algunos de los siguientes:

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Conseguir producciones determinadas en zonas cuyo clima no lo permite al aire libre en condiciones comerciales. Obtener producciones en zonas en que se producen normalmente al aire libre, pero en poca distinta de la habitual con el fin de obtener las ventajas de mercado por presentar productos fuera de temporada. Forzar las producciones por diversos conceptos: o Aumentar las producciones por unidad de superficie. o Acortar los ciclos de las plantas permitiendo un mayor nmero de ciclos por campaa. o Sustraer producciones, hasta extremos muy considerables a los riesgos atmosfricos. Disponer de condiciones de cultivo idneas para el estudio o la investigacin. Se trata fundamentalmente de poder estudiar el

comportamiento de determinados factores de la produccin sin que estn sometidos a la influencia, posiblemente distorsionadora, de los factores climticos. Normalmente la construccin de un invernadero se inicia como parte fundamental de una actividad econmica para la produccin de un determinado tipo de planta. Ello implica un cuidadoso estudio previo de una serie de factores que condicionarn la eficacia de la mencionada actividad. [5] 1.5 Clasificacin de invernaderos por la forma o perfil externo. Existen diferentes tipos de clasificaciones para los invernaderos, resultados de la amplia diversidad de estilos, materiales empleados en su construccin y nivel tecnolgico. As encontramos clasificaciones que los agrupan atendiendo factores como rgimen trmico, perfil externo de las estructuras, tamao o tipo de material empleado en su construccin y cubierta.10


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1.5.1 Invernaderos planos Son invernaderos originados en la provincia de Almera (Espaa), de palos y alambres, denominados parral por ser una versin modificada de las estructuras o tendidos de alambre empleados en los parrales para uva de mesa. Actualmente existe una versin moderna a los originales, que se construyen con caos galvanizados como sostenes interiores, permaneciendo el uso de postes para los laterales de tensin o an, siendo reemplazados tambin stos por muertos enterrados, para sujecin de los vientos constituidos por doble alambre del 8. Estos invernaderos suelen tener una altura en la cumbrera de 3.0 a 3.5 m, la anchura variable, pudiendo oscilar en 20 metros o ms por largo variable. La pendiente es casi inexistente, o bien (en zonas con pluviometra de riesgo) suele darse 10-15, lo que represente altura de los laterales del orden de 2,0-2,3 m. Se ventila solamente a travs de las aberturas laterales. En la techumbre slo se utiliza un doble entramado de alambre, por entre el cual se coloca la lmina de polietileno, sin otra sujecin. En la tabla 1.1 se muestran las ventajas y desventajas de este tipo de invernadero.Tabla 1.1. Ventajas y desventajas de invernaderos planos

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Gran volumen de aire encerrado (buen Deficiente ventilacin comportamiento segn la inercia Alto riesgo de rotura por precipitaciones trmica). intensas (escasa capacidad de Despreciable incidencia de los drenaje). elementos de techumbre en la Construccin de alta complejidad intercepcin de la luz. (requiere personal especializado). An tratndose de una estructura que ofrece alta resistencia a los vientos, es En zonas de baja radiacin, la escasa poco vulnerable por el eficiente sistema pendiente del techo representa una baja captacin de la luz solar. de anclaje.Fuente: Bastida (2002)

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1.5.2 Invernaderos tipo dientes de sierra Es una variacin de los invernaderos tipo capilla, que se comenz a utilizar en zonas con muy baja precipitacin y altos niveles de radiacin, fueron los invernaderos a una vertiente. Estos invernaderos, contaban con una techumbre nica inclinada en ngulos que variaban entre 5 y 15 (orientados en sentido este-oeste y con presentacin del techo hacia la posicin del sol-norte para el hemisferio sur). El acoplamiento lateral de este tipo de invernaderos dio origen a los conocidos como dientes de sierra. La necesidad de evacuar el agua de precipitacin, determin una inclinacin en las zonas de recogida desde la mitad hacia ambos extremos. En la tabla 1.2 se muestran las ventajas y desventajas de este tipo de invernadero.Tabla 1.2. Ventajas y desventajas de invernaderos tipo dientes de sierra

VENTAJAS Construccin de mediana complejidad.

DESVENTAJAS

Sombreo mucho mayor que capilla (debido a mayor nmero de elementos Excelente ventilacin (lo que no plantea estructurales de sostn). las limitantes del tipo capilla, en cuanto a la conformacin de bateras). Menor volumen de aire encerrado (para igual altura de cenit) que el tipo capilla. Empleo de materiales de bajo costo (segn zonas).Fuente: Bastida (2002)

1.5.3 Invernadero tipo capilla (a dos aguas) Se trata de una de las estructuras ms antiguas, empleadas en el forzado de cultivos, muy empleados en nuestro pas. La pendiente del techo es variable segn la radiacin y pluviometra (variando normalmente entre 15 y 35). Las dimensiones del ancho, varan entre 6 y 12 m (incluso mayores), por largo variable. Las altura de los laterales varan entre 2.0-2.5 m y la de cumbrera 3.0-3.5 m (tambin se construyen ms bajos que los sealados, pero no son recomendables). La ventilacin de estos invernaderos en unidades sueltas no ofrece dificultades; tornndose ms dificultosa cuando varios de estos12


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invernaderos se agrupan formando bateras. En la tabla 1.3 se muestran las ventajas y desventajas de este tipo de invernadero.Tabla 1.3. Ventajas y desventajas de invernaderos planos

VENTAJAS Construccin complejidad. de mediana a

DESVENTAJAS baja Problemas de ventilacin invernaderos en bateras. con

Utilizacin de materiales con bajo Mayor nmero de elementos que costo, segn la zona. disminuyen la transmitancia (mayor sombreo). Apto tanto para materiales de cobertura flexibles como rgidos. Elementos de soportes internos que dificultan los desplazamientos y el emplazamiento de cultivos.Fuente: Bastida (2002)

1.5.4 Invernadero tipo tnel o arco La estructura de este tipo de invernaderos est constituida por arcos o semicrculos de tubo redondo o cuadrado. Es un diseo apropiado para mini tneles y macro tneles, puede establecerse como naves nicas o en bateras de varias estructuras conocidas como multi tnel o tnel mltiple. En la mayora de invernaderos de este tipo, la ventilacin es lateral y algunas variantes tienen ventilacin cenital. En la tabla 1.4 se muestran las ventajas y desventajas de este tipo de invernadero.

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Tabla 1.4. Ventajas y desventajas de invernaderos tipo tnel o arco

VENTAJAS

DESVENTAJAS

Alta resistencia a los vientos y fcil Relativamente pequeo, volumen de instalacin. aire retenido pudiendo ocurrir el fenmeno de inversin trmica. Alta transmitancia de la luz solar. Recomendado en cultivos de bajo a Apto tanto para materiales de mediano porte (lechuga, flores, etc.). cobertura flexibles como rgidos.Fuente: Bastida (2002)

Existe una serie de versiones modificadas del invernadero tipo tnel. La ms comn de ellas es la que presenta paredes formada por postes rectos y el techo en semicrculo continuo, situacin que no permite poner ventilas cenitales. Otra variante presenta paredes laterales rectas o inclinadas hacia afuera en la parte inferior y techo formado por dos semicrculos asimtricos, que permiten establecer una ventilacin cenital para evitar el calor que se acumula en la parte alta. En este caso la parte superior presenta dos techos con arcos asimtricos, uno de los cuales queda por arriba del otro dejando un espacio en el cual se colocan las ventilas. 1.6 Elementos y partes de un invernadero Los elementos estructurales son las partes constituyentes del cuerpo o conjunto de un invernadero. Existen dos tipos bsicos; estructuras rgidas, que presentan resistencia a los embates del viento y estructuras aerodinmicas. Las estructuras rgidas estn diseadas en funcin de lneas rectas, tanto en los laterales, como en los techos, formando paredes planas, las cuales presentan mayor resistencia a las corrientes de aire. Por el contrario los invernaderos con techos y paredes curvas son ms aerodinmicos ya que presentan mayor capacidad para desalojar los vientos que inciden sobre ellos. Es de gran importancia conocer todas las partes y elementos estructurales de un invernadero, as como la funcin de cada una de ellas, para considerarlas en el14


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diseo y construccin de cada tipo de estructura. Con ello se pretende que cada invernadero sea diseado y construido en funcin de las necesidades del cultivo y su manejo en una regin o zona climtica determinada. Los requerimientos en cuanto a equipamiento y las adaptaciones se derivan del uso y operacin de un determinado tipo de invernaderos en diferentes condiciones geogrficas, diferentes climas y con cultivos diversos. [1] Los principales elementos o partes de un invernadero son: Estructura Cubierta rea de crecimiento del cultivo Sistema de riego y drenaje Sistema de ventilacin y aireacin Sistema de calentamiento y enfriamiento Sistema de iluminacin Sistemas mecnicos y de automatizacin La estructura La estructura, armazn o cuerpo del invernadero, por lo general, se construye con postes de soporte, tambin conocidos como puntales, columnas o pilares. Estos postes reciben las cargas de las piezas que sostienen las cubiertas, soportando el peso de ellas y los aparatos de mecanizacin o automatizacin, as como el peso de las cargas exteriores debidas al viento y a la precipitacin en sus diferentes formas. Otro elemento central es la estructura de soporte del techo o cubierta. Las estructuras de soporte de las cubiertas estn formadas por piezas en forma de15


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arco, cuando son invernaderos con lneas curvas y piezas de formas triangulares, en el caso de invernaderos de lneas rectas. Estas piezas van unidas y fijas entre s, en la parte superior, mediante piezas conocidas como largueros o correas. Los largueros pueden ser de los mismo materiales que los postes de resistencia o pueden ser de materiales ms ligeros o de menor grosor. En ambos casos deben de ser adaptables a los materiales empleados para las cubiertas y no presentar aristas que daen el plstico del recubrimiento. [1] Cuando la estructura del invernadero se va a emplear para carga de los cultivos, se debe de considerar este peso adicional y emplear los materiales y calibres aptos para que soporten el peso de los cultivos en plena produccin, con rendimientos mximos. Por lo general se consideran capacidades de carga de 50 Kg sobre metro cuadrado. Los materiales de las estructuras deben de ser ligeros, resistentes y esbeltos, para que sean poco voluminosas y as proyecten poca sombra sobre las plantas. Adems deben ser de fcil construccin, mantenimiento y conservacin, modificables y adaptables al crecimiento y expansin futura de las empresas, sobre todo cuando se plantea ensamblar o adosar construcciones en batera, en diferentes periodos. El cuerpo de una nave de invernaderos contempla los siguientes elementos estructurales, y se muestran en la figura 1.1 Cimentacin y muro perimetral Postes o pilares Capiteles Arcos o formas Largueros y travesaos Puertas y ventilas16


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Canales y bajadas de agua Tensores o tirantes y contravientos

Figura 1.1. Invernadero con sus elementos

1.6.1 Cimentacin y muro perimetral Los cimientos constituyen un elemento muy importante en cualquier tipo de construccin. De una buena cimentacin depende la seguridad, duracin y la resistencia de la estructura a las eventuales sobrecargas por factores externos como: vientos, granizadas y nevadas. El muro perimetral o redondel es una pared de ladrillo o tabique, con mezcla y castillos de cemento, plstico o cualquier otro material. Generalmente de unos 20 a 50 cm de altura, que se construye en la periferia de algunos invernaderos o en los frentes o posteriores.

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1.6.2 Postes y pilares Los postes son las estructuras de soporte que sostienen toda la estructura y reciben todas las cargas y esfuerzos, tanto de la misma estructura como de las fuerzas que inciden sobre ella, para transmitirlos al suelo. Secundariamente tienen la funcin de delimitar las paredes, sostener el plstico de las laterales y servir de soporte para la ubicacin de puertas y ventilas. En muchos casos los postes tambin tienen la funcin de soportar el peso de los cultivos. En algunos casos los postes reciben directamente el arco o la forma de la cubierta, misma que se fija mediante soldadura o empleando tornillos. [1] 1.6.3 Capitel Es la parte central del armado de la estructura, consiste de una pieza galvanizada que une las otras piezas de la estructura y la cubierta; los postes, el canal y los tirantes. 1.6.4 Arcos y formas Los arcos y formas constituyen la estructura del techo de los invernaderos, que tiene como principal finalidad sostener el material de la cubierta, en alguna medida, estn en funcin del tipo de material a emplear para cubrir el invernadero. Los invernaderos de formas circulares estn construidos con arcos, que pueden ser de una pieza, cuyos extremos van anclados al piso formando una semicircunferencia, dando origen a los invernaderos tipo tnel clsico o secciones de arcos que se unen a un poste en la parte central a diferentes alturas dejando un claro para colocar ventilas cenitales, originando los invernaderos tipo tnel modificado. En este caso generalmente los arcos se desprenden de postes rectos o inclinados y pocos son los ejemplos donde los arcos van anclados directamente al suelo. Los arcos o curvas tambin se emplean en invernaderos elpticos, semi elpticos, gticos y todos aquellos que presentan formas aerodinmicas. En los invernaderos tipo capilla o techo a dos aguas, la estructura que sostiene la cubierta se conoce como armaduras y la parte ms alta de la misma recibe el18


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nombre de cumbrera. La forma puede ser de una pieza o de varias formando tringulos. Estas piezas van colocadas sobre los postes. En el caso de las cubiertas de invernaderos con cubiertas aerodinmicas o curvas, la forma bsica es el arco simple o compuesto y combinaciones de arcos con diferentes radios de curvatura, como se muestra en la figura 1.2. En algunos casos debajo de los arcos, de un extremo a otro, van piezas rectas conocidas como tirantes de las que se desprenden secciones rectangulares que sostienen los arcos y proporcionan mayor estabilidad. Estos son los invernaderos con formas de celosas. Las formas bsicas de cubiertas de invernaderos son el tringulo y arco. [1]

Figura 1.2. Arco ensamblado

1.6.5 Largueros Los largueros, tambin conocidos como travesaos o correas, son piezas de tubos o perfiles tubulares, redondos o cuadrados, que son colocados en la parte superior y laterales, y van soldados o atornillados por debajo de los arcos o formas de la estructura que sostienen la cubierta. 1.6.6 Travesaos Los travesaos son los soportes que unen los postes de los frentes y posteriores de los invernaderos. Junto con los postes forman los marcos de las puertas y las ventanas.19


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1.6.7 Puertas Las puertas son los espacios de acceso a los invernaderos. Pueden ir colocadas en las partes frontales y traseras de los invernaderos o en los laterales. Pueden ser puertas corredizas, puertas basculantes, de una o de dos hojas y puertas abatibles. 1.6.8 Ventilas Son los espacios que permiten la renovacin del aire dentro del invernadero con la finalidad de aportar el CO2 necesario al desarrollo de los cultivos y disminuir la temperatura interna. Existen tres posibilidades de colocar las ventilas: En la parte alta del invernadero o ventilas cenitales. En los costados o ventilas laterales. En la parte alta de los frentes y posteriores o ventilas frontales. 1.6.9 Canaletas de desage

Son estructuras de desalojo de agua que estn constituidas por la cubierta que hace las veces de cuenca captadora, las canaletas y tubos de desage. Las canaletas deben disearse de tal manera en funcin de la cantidad de agua que pueda concentrarse durante una lluvia de mxima precipitacin en la zona donde se ubique el invernadero. 1.6.10 Tensores, tirantes y vientos Los tensores o tirantes son piezas de refuerzo para partes de la estructura que estn sometidas a esfuerzos. Los materiales de refuerzo pueden ser del mismo tipo de la estructura o cables de acero con tornillos para tensarlos. [1]

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1.7 Materiales para la construccin de invernaderos 1.7.6 Materiales empleados en estructuras Los ms utilizados en la estructura de los invernaderos son: hierro, aluminio y alambre galvanizado y muy escasamente madera. Es difcil encontrar una estructura que solamente use una clase de material; lo ms comn es emplear varios materiales para una misma estructura. La madera que ms se utiliza es la de eucalipto, castao y pino; casi siempre se utiliza de rollizo para los pies derechos y en formas para la techumbre, aunque a veces tambin se usan rollizos. Pero a travs del tiempo la madera ha quedado atrs en la construccin de invernaderos. En la Norma Mexicana para el Diseo y Construccin de Invernaderos (NMX-E-255-CNCP-2008), enfatiza que un invernadero es una construccin agrcola de estructura metlica, por lo que la madera como elemento comercial para los invernaderos ya no ser factible. La estructura de hierro se auxilia del alambre galvanizado para la sujecin del plstico. El hierro puede ser natural o galvanizado; el primero necesita ser pintado con minio u otra pintura anticorrosiva y despus conservarle con esta misma pintura todos los aos; el galvanizado no necesita ser pintado y se conserva siempre sin oxidarse. [1] Los materiales de hierro en invernadero son: laminados en distintos perfiles; tubos de forma cilndrica, cuadrangular o rectangular, regularmente. 1.7.7 Estructuras de madera Los invernaderos de madera adolecen de mltiples problemas y son de corta duracin. Solo estn recomendados en sitios donde abunde la madera y donde el precio sea econmico y adems donde participe el propio agricultor.

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Los elementos de madera que forman la estructura precisan de ciertos cuidados con el fin de evitar que se pudran y a la vez prolongar su duracin. Los tratamientos previos son: Madera curada y nunca recin cortada. Los rollizos se deben descortezar, sino se acorta su duracin, y adems si se deja su corteza se pueden producir plagas. La madera es conveniente mantenerla sumergida durante 48h en gas-oil. El extremo del rollizo que se mete en los pozos de cimentacin debe quemarse un poco y pintarlo con alquitrn. La calidad de madera a de ser: Exenta de patgenos, sino los elementos se pandean y agrietan. Rollizos lo ms rectos posibles, con pocos nudos. La madera usada como accesorios se tiene que resguardar de la intemperie para evitar malformaciones. Los pies derechos tienen que tener un dimetro superior a 12 cm. Los rollizos del techo un dimetro superior a 10 cm. En el techo la madera serrada ser de: 10 x 15 cm. El anclaje se hace por medio de vientos de acero galvanizado sujeto a los postes de las paredes exteriores; la unin de vigas se hace con chapas de hierro de 20 x 10 x 2 cm que van clavadas en la madera. Es por eso que en su gran mayora de las construcciones recientes de invernaderos, son utilizados materiales de hierro por su alto grado de resistencia y durabilidad, adems de su fcil manejo en caso de ser cambiado de posicin. 1.7.8 Estructuras metlicas Los productos metlicos empleados en la construccin de invernaderos son diversos y variados. Van de los materiales empleados para las estructuras a los22


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tornillos usados para fijar piezas, pasando por cables de acero y alambres galvanizados empleados en los sistemas de tutoreo. Una de las grandes ventajas de los invernaderos de estructuras metlicas es la facilidad y rapidez de montaje, as como el hecho de disponer de elementos modulares para un determinado proyecto en serie, situacin que permite abaratar los costos de construccin. [1] 1.7.8.1 Perfiles estructurales de acero negro

La variedad de perfiles tubulares o estructurales es amplia, en cuanto a calibre, dimetros y formas. En cuanto a forma existen perfiles redondos, cuadrados, ovalados y rectangulares o de lados desiguales. Por ello los perfiles son los materiales ms utilizados en la construccin de invernaderos, los perfiles estructurales de acero negro son usados sobre todo para invernaderos de baja tecnologa y poca duracin, ya que se oxidan fcilmente sobre todo de la parte interna de los perfiles donde no se puede dar mantenimiento. Estos tipos de perfiles presentan caractersticas apropiadas de resistencia a cargas y esfuerzos, pueden emplearse como postes para estructuras de invernaderos y casas sombras de todo tipo. Son materiales que se doblan con relativa facilidad, dando la forma que se requiere mediante una roladora o con un molde. El armado de las estructuras se hace mediante soldadura, en los invernaderos de baja tecnologa, atornillando piezas o empleando bridas y empalmes especiales en los de tecnologa avanzada. Cuando se emplea soldadura se deben limar las asperezas para que no daen el plstico de las cubiertas. Los calibres ms comunes de las lminas con los que se forman los perfiles son; calibre 10,12, 13 y 14, siendo el grosor de la lmina calibre 14 de 1.9 milmetros y la cdula o calibre 10 de 3.4 milmetros de grosor. Existen otros calibres como 16,18 y 20. Las dimensiones van de 2.5 x 2.5 a 7.6 x 7.6 centmetros en perfiles cuadrados y 10.2 x 5.1 centmetros en perfiles rectangulares. Los tamaos en23


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longitud son estndares, por lo general de 6 metros de largo, pero se pueden solicitar largos o tamaos sobre pedido. El empleo de acero negro requiere protegerse con una capa de algn producto antioxidante y despus cubrir con una pintura blanca que no contenga bases de mercurio que desprende gases txicos para los cultivos. Conviene que a las partes bajas de los postes se le proteja con un bao de chapopote, sobre todo en la parte que va enterrada, ya que se acelera la corrosin al entrar en contacto con la tierra y humedad. [20] 1.7.8.2 Perfiles estructurales de acero galvanizado

En Mxico son cada vez ms los invernaderos con una estructura de acero galvanizado, y aunque son ms caros que los perfiles de acero negro, su vida til es mayor. El acero galvanizado, al igual que el acero negro, tienen varias presentaciones: Perfiles redondos Cuadrados Rectangulares Ovales La galvanizacin se realiza en caliente por inmersin de las piezas para galvanizar con una capa de zinc en la parte interna, y as evitar la corrosin, que disminuye la vida de los invernaderos construidos con perfiles de acero negro. La galvanizacin con recubrimiento de una capa de zinc permite soportar la corrosin mejor que en los otros perfiles. Las caractersticas de resistencia a cargas, los calibres, dimetros y facilidad de construccin y montaje son similares e incluso mejores a la de los perfiles de acero negro.

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En particular, en el mercado mexicano existen diferentes tipos de perfiles, entre ellos los zintro, en dos presentaciones; cuadrada y rectangular, de seis metros de largo, que ofrecen productos galvanizados con una chapa de zinc, y un acabado especial en color verde tenue que proporciona proteccin contra la corrosin y una mayor adherencia a la pintura. En este caso los calibres van de 14 a 20, todos con numeracin par. Las dimensiones de los perfiles cuadrados van de 1.3 a 6.4 cm, con ocho tamaos diferentes; los perfiles rectangulares se presentan en 10 tamaos diferentes, que van de 1.3 x 2.5 cm a 3.8 x 10 cm. Cada tamao se presenta de dos a cuatro calibres diferentes, por lo tanto el peso y la resistencia de una pieza variar en funcin del calibre. Adems existen tubos zintro con tres presentaciones; redondos, cuadrados y rectangulares, de seis metros de largo. Algunas empresas internacionales dedicadas a la construccin de invernaderos, han patentado la construccin de invernaderos empleando postes y arcos mediante perfiles ovales. Segn ellos, estos perfiles combinan la resistencia de los perfiles cuadrados con las cualidades de los tubos redondos. Adems, han desarrollado un sistema de fijado mediante ensambles basados en abrazaderas o bridas, que embonan en una adaptacin especial realizada sobre los postes y piezas del techo, dando un amarre que no requiere de soldadura y se dice que son ms elsticos a las cargas por viento. Muchas casas fabricantes identifican los calibres mediante colores, as el verde pertenece al calibre 14, el naranja al calibre 13, el rojo designa el calibre 12 y el amarillo identifica al calibre 10. El calibre tambin determina el peso de las piezas y en su momento de las estructuras. 1.7.8.3 Perfiles de [PTR]

Los perfiles [PTR] o PERT son materiales de mayor calibre que los perfiles tubulares, por lo mismo sus paredes son de mayor grosor, caracterstica que les proporciona mayor resistencia al esfuerzo y soportan pesos mayores. Cuando se emplean como postes, se pueden ubicar a mayor distancia uno de otro, obteniendo claros de mayor espacio entre postes. El precio de los perfiles [PTR]25


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es superior al de los perfiles tubulares del mismo ancho, en contra partida duran ms, soportan cargas mayores y resisten mejor la corrosin que los perfiles no galvanizados.

Caractersticas. Por mltiples ventajas y rapidez de construccin, durabilidad y bajo costo, el acero es cada da ms utilizado en edificaciones de diversos estilos, como tambin en la construccin de complejas estructuras, como elemento decorativo o bien cumpliendo ambas funciones. En la siguiente tabla se muestran las caractersticas fsicas del perfil tubular cuadrado [PTR]. Tabla 1.5. Caractersticas del perfil tubular cuadrado PTRDimensiones pulg 3/4" X 3/4" 1" X 1" 1 1/4" X 1 1/4" 1 1/2" X 1 1/2" 1 3/4 x 1 3/4 2" X 2" mm 19.05X19.05 25.4X25.4 31.75X31.75 38.1X38.1 44.45x44.45 50.8X50.8 14 14 14 14 14 14 Calibre Espesor kg/m pulg 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075 mm 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.06 1.46 1.87 2.7 2.86 3.02 6.466 8.906 11.407 16.47 17.16 18.422 kg/pza

Fuente: Saapsa (surtidora de alambres y aceros del pacifico s.a. de c.v) Los perfiles tubulares son conformados en fro, soldados elctricamente por alta frecuencia, formando tubulares de seccin circular, cuadrada (figura 1.3) y rectangular, los que se pueden clasificar en dos tipos: Para uso general. Estos perfiles son fabricados con acero comercial segn SAE 1006/1010, el cual asegura un rango de composicin qumica mnimo y mximo, dando como resultado una excelente soldabilidad y doblabilidad en caso de requerirse.26


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Para uso estructural. Para la fabricacin de estos perfiles, debido a la funcin estructural que van a cumplir, se utiliza acero estructural soldable (A42-27ES, A37-24ES), el cual garantiza cifras mecnicas para la resistencia a la traccin, lmite de fluencia, y alargamiento, adems de valores de composicin qumica mximos, lo cual da como resultado una excelente soldabilidad y doblabilidad en caso de ser necesarios.

Figura 1.3. Perfiles tubular cuadrado PTR

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CAPITULO II TROQUELADO Y DOBLEZ MANUFACTURA DE PERFILES CUADRADOS.

COMO

PROCESOS

DE

Los procesos de manufactura tocan la vida diaria, los mtodos de manufactura influyen en la productividad industrial, que a su vez, ajusta nuestros estndares de vida. Los procesos modernos de manufactura deben de estar en armona con el diseo y el desarrollo de nuevos productos, esta es la base de cualquier progreso econmico. La inyeccin de sangre nueva a cualquier empresa manufacturera, es la continua innovacin de productos, mejorando procesos y productos a precios competitivos. De otra manera, la empresa se queda estancada y por ltimo fracasa. Con estos esfuerzos, la productividad mejora, la empresa se vuelve ms competitiva, y tendr la captura de una mayor porcin del mercado. [6] La manufactura, como campo de estudio en el contexto moderno puede definirse de dos maneras: tecnolgica y econmica. Tecnolgicamente es la aplicacin de procesos qumicos y fsicos que alteran la geometra, las propiedades, o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos terminados. Los procesos para realizar la manufactura involucran una combinacin de mquinas, herramientas, energa y trabajo manual, tal como se describe en la figura 2.1. [2] Mano de obra Tecnologa Herramienta

Materia Prima

Procesos de Manufactura

Material Procesado

Desechos y desperdicios Maquinaria Herramienta

Figura 2.1. Diagrama de proceso de manufactura

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2.1 Uso de mquinas en la construccin y operacin de invernaderos Desde la dcada de los 70s pareca un sueo, pero hoy es posible que una mquina pueda realizar tareas propias del hombre. Su empleo en el caso de la agricultura, especficamente en los invernaderos, abre amplias posibilidades productivas. As se observan mquinas que cosechan, cortan, pizcan o aplican riegos con una precisin que, incluso, supera la mano del hombre; esto en la operacin de invernaderos. En la construccin es semejante, ya que se tienen mquinas que realizan las operaciones de manufactura del material a utilizar, sobre todo en dobleces, cortes y perforados. Hoy en da, el uso de maquinaria para cualquier proceso de produccin es indispensable, y no se diga para la construccin de invernaderos, pues hay ciertas tareas que el hombre por si mismo no puede llevar a cabo, tales como hacer un doblez de un tubo o realizar un conjunto de tareas que lleven a la obtencin de un producto. Y para poder hacerla, necesita ayudarse de algo y que mejor si es por medio de una mquina. El objetivo de mecanizar cualquier proceso es aumentar la produccin, mejorar la calidad de los productos, disminuir la mano de obra y optimizar gastos de produccin, entre otros. 2.2 Industrias manufactureras Aunque la manufactura es una actividad importante, no se lleva a cabo por si misma. Se realiza como una actividad comercial por parte de las compaas que venden sus productos a los consumidores. El tipo de manufactura que maneja una compaa depende de la clase de productos que fabrica. [2] Las industrias manufactureras son empresas y organizaciones que producen o abastecen bienes y servicios, pueden clasificarse como primarias, secundarias o terciarias.[2] En el caso de los invernaderos, la manufactura representa un bien de orden secundario, al realizarse un proceso en donde se modifican propiedades fsicas y mecnicas de materiales para obtener un producto, que a su vez guarda29


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una relacin muy estrecha con el orden primario, ya que su objetivo es intensificar la produccin agrcola. 2.3 Invernaderos como productos de fabricacin Los productos fabricados por las industrias pueden dividirse en dos clases principales: bienes de consumo y bienes de capital. Los bienes de consumo son los productos que compran directamente los consumidores. Los bienes de capital son aquellos que adquieren otras compaas para producir bienes y servicios. [2]

Los invernaderos, como producto, entran en los bienes de capital, debido que su uso principal es para la obtencin de productos agrcolas que entran en el rango de bienes de consumo. En la figura 2.2 se muestra en forma de diagrama como seria el proyecto de construccin de un invernadero.EQUIPO HUMANO

PROYECTO DE CONSTRUCCIN DE UN INVERNADERO

COMERCIALIZACIN DE LOS PRODUCTOS

UBICACIN

CONSTRUCCIN

COSTOS

Clima

Empresa especializada

Inversin

Relieve

Sistema de construccin Materiales

Costos de funcionamiento Financiacin

Tipo de suelo

Orientacin

Acceso

Plazos

Accesos

Equipamientos

Servicios

Paisaje

Figura 2.2. Diagrama proyecto de construccin de un invernadero

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2.4 Capacidad de manufactura Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y desde luego trabajadores) diseados para transformar una cierta clase limitada de materiales en productos con valor agregado. Estos tres pilares: materiales, procesos y sistemas, constituyen la esencia de la manufactura moderna. Para la manufactura de elementos de invernaderos, el acero representa la materia prima, los procesos se llevan a cabo por cada una de las mquinas que participan en su desarrollo, y el sistema son los mtodos utilizados para llevar a cabo la realizacin del producto final. La capacidad de manufactura de invernaderos depende principalmente de los procesos y sistemas de cada empresa, porque de ellos se determina el grado de produccin. La eficacia de la manufactura se refiere a las limitaciones fsicas y tcnicas de la empresa manufacturera y cada una de sus plantas. Se identifican varias dimensiones de esta capacidad y amplitud: [2] Capacidad y amplitud tecnolgica de proceso. Tamao fsico y peso del producto. Capacidad de produccin.

2.5 Procesos de manufactura Los procesos de manufactura pueden dividirse en dos tipos bsicos: 1) Operaciones de procesos 2) Operaciones de ensamble Una operacin de proceso transforma un material de trabajo de una etapa a otra ms avanzada, que lo sita cerca del estado final deseado para el producto. Esto31


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le agrega valor al cambiar la geometra, las propiedades o la apariencia de un material inicial. Una operacin de procesos utiliza energa para alterar la forma, las propiedades fsicas, o aspecto de una pieza de trabajo, a fin de agregar valor al material. Las formas de energa incluyen la mecnica, trmica, elctrica o qumica. La energa se aplica de forma controlada mediante la maquinaria y su herramental. Tambin puede requerirse la energa humana, pero los seres humanos generalmente se dedican a controlar las mquinas, a examinar las operaciones, a cargar y descargar partes antes y despus de cada ciclo de operacin Una operacin de ensamble une dos a ms componentes para crear una nueva identidad llamada ensamble, sub ensamble o cualquier otra manera que se refiera al proceso de unir.

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2.6 El troquel como elemento de operacin de proceso. Hoy en da, el uso de maquinaria para cualquier proceso de produccin es indispensable, y no se diga para la construccin de invernaderos, pues hay ciertas tareas que el hombre por si mismo no puede llevar a cabo, tales como hacer el perforado de un tubo o realizar un conjunto de tareas que lleven a la obtencin de un producto. Y para poder hacerla, necesita ayudarse de algo, tal como una mquina, como puede ser un troquel. 2.6.1 Definicin de troquel Se le llama matriz, troquel o estampa a la herramienta que se monta en una prensa, y que sirven para realizar una o ms transformaciones sobre una chapa plana sin producir virutas con el fin de obtener una pieza con una forma geomtrica propia. [7] El troquel es un til que se monta sobre una prensa (mecnica, neumtica, etc.) que ejerce una fuerza sobre los elementos del troquel, provocando que la pieza superior encaje sobre la inferior o matriz. Como consecuencia se produce la estampacin del material que se ha interpuesto entre ambas piezas.

Las transformaciones generalmente se dividen en: a) Cortar b) Doblar o curvar y c) Embutir Los elementos de transformacin en un troquel, son llamados punzn (macho) y matriz (hembra), ambos deben tener un tratamiento previo de endurecimiento llamado templado, que debe superar la dureza de los materiales a procesar.

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2.6.2

Troquelado

En trminos sencillos, el troquelado es un mtodo para trabajar lminas metlicas en fro, en forma y tamao predeterminados, por medio de un troquel y una prensa. El troquel determina el tamao y forma de la pieza terminada y la prensa suministra la fuerza necesaria para efectuar el trabajo. Cada troquel est especialmente construido para la operacin que va a efectuar y no es adecuado para otras operaciones. El troquel tiene dos mitades, entre las cuales se coloca la lmina metlica. Cuando las dos mitades del troquel se juntan se lleva a cabo la operacin. Normalmente, la mitad superior del troquel es el punzn (la parte ms pequea) y la mitad inferior es la matriz (la parte ms grande). Cuando las dos mitades del troquel se juntan, el punzn entra en la matriz. [12] 2.6.3 Campos de aplicacin

El campo de aplicacin de los troqueles es tan amplio que en todas las reas de produccin se encuentran piezas obtenidas mediante esta herramienta. An en la joyera y otros elementos personales se tienen estampados obtenidos mediante troqueles. En el hogar la mayora de las piezas de los aparatos son producidos por troquelado; los elementos roscados de los focos, tambin los de la cerradura de la puerta, ollas y cacerolas; el frigorfico est ntegramente construido por estampados, de igual manera la estufa, el tostador, entre otros. En el automvil se requieren centenares de estampados; el ms grande es el techo y luego siguen las salpicaderas. Para estampar estas piezas se utiliza una sola matriz, para cada una de ellas. Existen piezas para las que se requieren dos o ms matrices de trece estaciones o ms para cada una. [13]

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2.6.4

Importancia de los troqueles

Los troqueles son muy importantes para la industria de la automatizacin, aeronutica, naval, ferroviaria, elctrica, informtica, y tambin para la

manufactura de tractores, mquinas agrcolas e invernaderos, donde se tienen infinidad de piezas que son producidas mediantes el troquelado. La importancia comercial del trabajo con lminas es significativo, considerando el nmero de productos industriales y de consumo que incluyen partes de lmina metlica como en: carroceras de automviles y camiones, aeroplanos, carros de ferrocarril y locomotoras, equipos de construccin, de oficina, etc. Aunque estos ejemplos son obvios, debido a que tienen lmina en su exterior, muchos componentes internos de estos productos se hacen tambin de lminas o placas. Las partes de lmina de metal se caracterizan generalmente por su alta resistencia, buena precisin dimensional, buen acabado superficial y bajo costo relativo. Las tres grandes categoras de los procesos de lminas metlicas son: Corte Doblado Embutido El corte se usa para separar lminas grandes en piezas menores, para cortar un permetro o hacer agujeros en una parte. El doblado y el embutido se usan para transformar lminas de metal en partes de forma especial. Las herramientas que se usan para realizar el trabajo de lminas se llama punzn y dado, la mayora de las operaciones con lminas metlicas se ejecutan con mquinas herramienta llamadas prensa. Se usa el trmino prensa de troquelado para distinguir estas prensas de las prensas de forjado y extrusin. [10]

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2.6.5 Elementos de un troquel El troquel es una herramienta de produccin cuyo propsito es la obtencin de partes consistentes y segn requisitos especificados. Es por eso que es necesario comprender con claridad cmo est compuesto un troquel y sus elementos. En la figura 2.3 se muestran los elementos que conforman a un troquel.

Figura 2.3. Elementos de un troquel. Matriz. Es un elemento bsico del troquel en la que se coloca la pieza para el punzonado. Tiene la forma negativa de la pieza y se apoya sobre la placa inferior intercalndose una sufridera. Se disponen huecos interiores que permiten la evacuacin de las pepitas y residuos de corte. Es importante el diseo de estas oquedades pues se ha de evitar que los residuos se atasquen y obstruyan la salida hacia la fosa de la prensa lo que podra provocar daos considerables en el troquel. Punzn. Es el miembro macho de un troquel completo. Suplementa y complementa la matriz, para producir el efecto deseado sobre el material que se trabaja. La forma del punzn corresponde a la matriz, pero ste debe ser exacto (si en su defecto el corte interior debe ser exacto, la placa matriz se construir aumentando su dimetro segn la holgura admitida) y debe ser ligeramente ms pequeo el punzn (si el corte exterior debe ser exacto, la placa matriz se36


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construir de modo que sus dimensiones definitivas correspondan exactamente a las de las piezas acabadas), en una cantidad igual juego entre matriz y punzn requerida. El tipo y espesor del material y la operacin que se va a llevar a cabo dicho juego, ver figura 2.4. Porta punzones. Es la pieza en la que se ubica el punzn determinando su correcta posicin y aportando rigidez de modo que no sufran pandeo, ya que al ser relativamente largos y los esfuerzos tan grandes, podran verse afectados, ver figura 2.4. Sufridera. Es la pieza que va entre el porta punzn y la placa, es una placa ms fina de gran dureza que transmite el esfuerzo a la cabeza del punzn y evita el deterioro de la placa, ver figura 2.4.

Figura 2.4. Porta punzn, punzn y sufridera. Columnas gua o postes. El guiado de las placas es una faceta importante ya que para que realicen las placas superior y pisadora su desplazamiento con precisin, se disponen columnas o placas de guiado que se fijan en la placa inferior, sirven de medio de alineamiento al juego de troquel. Por consiguiente, el ajuste es con apriete y se suelen introducir incrementando la temperatura en la placa inferior. En las otras ha de haber juego y para evitar su deterioro y facilitar el deslizamiento se colocan casquillos.

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Casquillos de gua o tasas. Se instalan en la placa superior y encajan en los postes guas mediante un acoplamiento deslizable ajustado. Los pasadores gua y casquillos de gua actan conjuntamente para alinear el troquel. Placa inferior. Se fija mediante pernos que se introducen por las guas de la mesa de la prensa y por los agujeros realizados al efecto en la placa. En ella se fija la matriz y las columnas gua. Otro aspecto a considerar al disear esta placa es que los recortes sobrantes en este caso las pepitas del punzonado han de pasar a travs de ella hacia el foso de la prensa. Placa superior. Ha de anclarse en la parte superior de la prensa o carro mediante pernos que se introducen por las guas de la prensa y las diseadas al efecto en la placa. Sobre ella se sitan las herramientas que actuarn sobre la pieza y los pistones. Se ha de tener en cuenta que las columnas gua han de pasar a travs de la placa y deben librar la prensa en su posicin ms desfavorable. 2.6.6 Clasificacin de las matrices. Los troqueles para la transformacin de chapa metlica puede ser de tres tipos: simples, compuestos y progresivos, como se muestra en la figura 2.5. Simples Corte Compuestos. Troqueles Doblado o Curvado Embutido De corte Progresivos De corte y doblado De corte y embutido Mixtas o combinadas Figura 2.5. Esquema de clasificacin de las matrices.

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Simples: Estos troqueles permiten realizar solamente una operacin en cada golpe del ariete o carnero, son de baja productividad y normalmente es necesario el uso de otros troqueles para poder concluir una pieza y considerarla terminada. Compuestos: Estas herramientas permiten aprovechar la fuerza ejercida por el ariete realizando dos o ms operaciones en cada golpe y agilizando as el proceso. Progresivos: Son las herramientas que constan de varios pasos a lo largo de toda su construccin, en los cuales se va realizando una transformacin progresiva de la chapa. Entra la tira de material a transformar a la herramienta y el troquel da un golpe realizando una transformacin, al levantar el troquel la tira avanza un paso y se puede dar un nuevo golpe que realizara una nueva transformacin. Los troqueles progresivos constan de ms de un paso. Generalmente la pieza fabricada con un troquel progresivo sale terminada y con las tolerancias establecidas en el plano de fabricacin. Adems, es importante mencionar que las piezas a fabricar se mantienen unidas a la tira a lo largo de todo el proceso de troquelado hasta el final en la que es cortada del retal. En los troqueles progresivos se pueden realizar varias operaciones de corte, doblado o embutido, e incluso la combinacin de las

diversas operaciones que se requieran para obtener la pieza lo ms prxima a la pieza terminada. [10] 2.6.7 Finalidad de las matrices progresivas

La principal finalidad de las matrices progresivas es la fabricacin de grandes piezas de chapa, sustituyendo de forma eficaz y rpida la construccin de varias matrices convencionales y abaratando de esta forma el costo final de las piezas.39


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Si las matrices han sido diseadas y construidas adecuadamente, los costos de fabricacin y los plazos de entrega pueden llegar a quedar reducidos hasta en un 50 % de los valores presupuestados. La razn fundamental para construir una matriz progresiva es la de fabricar piezas en grandes cantidades eliminando la construccin de matrices simples y la consiguiente mano de obra. [10] 2.6.8 Sistemas de alimentacin Una vez definido el diseo y la fabricacin de una matriz progresiva, slo quedar por determinar algunos detalles propios de cada matriz y todos ellos referentes al sistema de alimentacin de la chapa empleada en cada caso. Seleccin de la alimentacin segn el sistema de produccin: a) Para produccin manual b) Para produccin semiautomtica c) Para produccin automtica

2.6.9 Aspectos a considerar en el diseo de un troquel

La calidad y caractersticas de la pieza a punzonar. La funcionalidad del troquel, en el que se ha de facilitar el acceso y sencillez para la colocacin y extraccin de la pieza, el trasporte del troquel para su instalacin en la prensa, la reparacin de las posibles averas que puedan darse y la sustitucin de las piezas que por su desgaste sea preciso cambiar, lo que facilita su mantenimiento. El aspecto econmico, lo que incide en el uso de piezas y accesorios comerciales y normalizados.

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Las caractersticas de la pieza que se va a realizar permiten disear un troquel en el que se punzonan dos procesos de forma separada. De este modo se duplica la produccin de la prensa. El diseo se ha realizado en un programa de diseo, con lo que se facilita la gestin de los elementos del troquel, la obtencin de la mayor parte de las caractersticas necesarias de cada pieza.

2.6.10 Normas en el diseo de troqueles. Las normas son la recopilacin de un gran volumen de informacin que permite estandarizar los datos de manera que puedan utilizarse internacionalmente. El proceso de normalizacin ha adquirido dimensin internacional por la necesidad de cientficos e investigadores de unificar criterios acerca de la fabricacin de las piezas para aumentar la intercambiabilidad de las mismas. El diseo de un troquel requiere de la utilizacin de gran cantidad de normas, criterios y recomendaciones. La gran variedad de elementos que conforman un troquel y las diversas fuentes de donde proceden los mismos han hecho difcil la normalizacin en cuanto a estandarizacin de los materiales, elementos, dimensiones y criterios comunes con respecto a los mtodos de clculo. La normalizacin de piezas para la fabricacin de troqueles ha reportado a la industria mecnica y elctrica cuantiosos beneficios; especialmente a los recursos humanos que en ellas intervienen. Facilita el trabajo de los diseadores pues ahorra tiempo. Mediante la utilizacin continuada de las normas se obtiene cierta experiencia en cuanto al dominio de las acciones y operaciones para la fabricacin de los elementos normalizados que contribuyen a aumentar la productividad del trabajo. [9]

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Las normas establecen la clasificacin de algunos tipos de aceros necesarios para el diseo y la fabricacin de troqueles, empleados en la conformacin de materiales en fro, para ser importados y utilizados en la economa mundial. Se relacionan adems las conversiones de los aceros comnmente usados en la fabricacin de troqueles para la conformacin en fro segn la norma DIN 17007, a otras normas usadas internacionalmente. [9] 2.6.10.1 Requisitos tcnicos en el diseo y construccin de troqueles para trabajar en fro.

Se emplean los siguientes materiales: Acero al carbono Acero aleado Acero para herramientas 2.6.10.2 Criterios para la seleccin de aceros

Para la seleccin de los aceros para herramientas se tendr en cuenta: El esfuerzo en las herramientas durante el trabajo (corte, compresin, impacto u otro esfuerzo).

La clase de material, resistencia mecnica y dimensiones. Fuerza necesaria para los trabajos bsicos. Selecciones y formas de las herramientas. Tratamiento trmico

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2.6.11 Operaciones en troqueles progresivos

Las piezas presentan

de chapa fabricadas en las matrices progresivas, siempre se con ciertas complicaciones, las cuales se solucionan en diferentes

etapas gracias a la utilizacin de una sola matriz, una sola prensa y un solo ciclo de trabajo. En las matrices progresivas en general se acostumbra combinar muchas y variadas transformaciones de chapas como: cortar, doblar, embutir etc. dentro del mismo proceso de matriz. [12] 2.6.11.1 Embutido

El embutido es una operacin de formado de lminas metlicas que se usa para hacer piezas de forma acopada, de caja y otras formas huecas ms complejas. Se realiza colocando una lmina de metal sobre una cavidad de un lado y empujando el metal hacia la cavidad de ste con un punzn. La forma debe aplanarse contra el dado por un sujetador de formas. Las piezas comunes que se hacen por

embutido son latas de bebidas, casquillos de municiones, lavabos, utensilios de cocina y partes para carrocera de automviles. [15] Mecnica del embutido. El embutido de partes acopadas es la operacin bsica del embutido. Se embute un disco de dimetro de un punzn de dimetro esquinas determinado por agudas ( y dentro de un dado por medio

. El punzn y el dado deben tener un radio en las y . Si el punzn y el dado tienen esquinas

= 0), se realizar una operacin de perforado de un agujero en

lugar de una operacin de embutido. Los lados del punzn y del dado estn separados por un claro (c). Este claro es aproximadamente 10% mayor que el espesor (t) del material en embutido y se determina a travs de la siguiente expresin: c= 1.1 t, pul., mm (2.1)

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El punzn aplica una fuerza hacia abajo (F) para realizar la deformacin del metal y el sujetador de partes o de formas aplica una fuerza de sujecin hacia abajo , como se muestra en la figura 2.6.

v Dp

Fh

Fh Sujetador de formas

Rp Die c Db

Rd(a) Dp

D

b

(b) (1) (2)

Figura 2.6. (a) Embutido de una parte ocupada: (1) inicio de la operacin antes de que el punzn toque el trabajo y (2) cerca del fin de la carrera; y (b) piezas de trabajo correspondientes: (1) forma inicial y (2) parte embutida. Los smbolos indican: c= claro, = dimetro de la forma inicial, = dimetro del punzn, = radio de la esquina del dado, =radio de la esquina del punzn, F = fuerza del embutido, = fuerza de sujecin.

Conforme el punzn se recorre hacia abajo, hasta su posicin final, la pieza de trabajo experimenta una serie compleja de esfuerzos y deformaciones al tomar gradualmente la forma definida por el punzn y la cavidad del dado, figura 2.6.

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Las etapas en el proceso de deformacin de ilustran en las figuras 2.7, 2.8 y 2.9.v

F

h

F

h

(1)

Figura 2.7. El punzn entra en contacto con el trabajo.

Cuando el punzn empieza a empujar el trabajo, sujeta al metal en una operacin de doblado. La lmina es doblada simplemente sobre la esquina del punzn y la esquina del dado. Como se muestra en la figura 2.8.

F

h

F

h

Doblado(2)

Figura 2.8. Doblado.

El permetro exterior del disco se mueve hacia el centro en esta primera etapa pero slo ligeramente.

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A medida que el punzn avanza, ocurre una accin de enderezado del metal que fue previamente doblado sobre el radio del dado, como se muestra en la figura 2.9.v

F

h

F

h

Enderezado

(3)Figura 2.9. Enderezado.

El metal en el fondo de la copa, as como a lo largo del radio del punzn, se ha movido hacia abajo junto con el punzn, pero el metal que se haba doblado sobre el radio del dado debe enderezarse para que pueda jalarse dentro del claro y formar la pared del cilindro. Este nuevo metal viene del borde exterior de la forma original. El metal en la porcin exterior de la forma se jala o embute hacia la apertura del dado para sustituir al metal previamente doblado y enderezado que ahora forma la pared del cilindro. De este tipo de flujo de metal a travs de un espacio rgido es de donde toma su nombre el proceso de embutido. Durante esta etapa del proceso, la friccin y la compresin juegan papeles importantes en la brida de la parte. Para el material de la brida se mueva hacia la apertura del dado, debe superar la friccin entre la lmina de metal y las

superficies del sujetador y del dado. Inicialmente se involucra la friccin esttica hasta que el metal empieza a moverse; cuando empieza el flujo de metal, la friccin dinmica gobierna el proceso. La magnitud de la fuerza de sujecin

aplicada por el sujetador, as como las condiciones de friccin de las dos46


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interfaces son factores que determinan el xito de este aspecto de la operacin de embutido. Generalmente se usan lubricantes o compuestos para reducir las fuerzas de friccin durante el embutido. Adems de la friccin, ocurre tambin la compresin en las pestaas exteriores de la forma. A medida que el metal de esta porcin de la forma se estira hacia adentro, el permetro exterior se hace menor. Debido a que el volumen del metal permanece constante, el metal se comprime y se hace ms grueso al reducirse el permetro. Esto ocasiona frecuentemente el arrugado de la brida remanente de la parte o forma, especialmente cuando la lmina es delgada o cuando la fuerza del sujetador es demasiado baja. Esta condicin no puede corregirse una vez que ha ocurrido, figura 2.10 [2].v

F

h

F

h

Compresin y engrosamiento de la pestaa(4)

Figura 2.10. Los efectos de la friccin y de la compresin.

La fuerza de sujecin aplicada sobre la forma se ve ahora como un factor crtico en el embutido profundo. Si sta es muy pequea ocurre el arrugamiento; si es muy grande, evita que el metal fluya adecuadamente hacia la cavidad del dado, ocasionando estiramiento y posible desgarramiento de la lmina de metal. La determinacin de la fuerza adecuada de sujecin implica un delicado balance entre estos factores compuestos. El movimiento progresivo del punzn hacia abajo ocasiona la continuacin del flujo de metal, causado por el estirado y la compresin que se han descrito

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previamente. Ocurre adems, cierto adelgazamiento de las paredes del cilindro. En la figura 2.11 se muestra la forma final de la copa.v

F

h

F

h

(5)

Figura 2.11. Forma final de la copa. Los smbolos indican: v= movimientos del punzn, F= fuerza del punzn, Fh= fuerza del sujetador de formas.

A la fuerza que se aplica el punzn se opone la del metal, en forma de deformacin y friccin durante la operacin. Una parte de la deformacin involucra estiramiento y adelgazamiento del metal al ser jalado sobre el borde de la abertura del dado. En una operacin exitosa de embutido puede ocurrir hasta un 25% de adelgazamiento, la mayor parte cerca de la base de la copa. [2] Anlisis de ingeniera del embutido. Es importante valorar las limitaciones sobre la magnitud que puede alcanzar el embutido. Frecuentemente algunas medidas simples pueden calcularse fcilmente para una determinada operacin, sirven como gua. Adems la fuerza de embutido y la fuerza de sujecin son variables imp

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