universidade federal da bahia avaliação do projeto de máquina sob
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10 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA FÁBIO CAMPOS MENDES LEONARDO BATISTA A. PIMENTEL RENAN LUIZ C. DE CARVALHO AVALIAÇÃO DO PROJETO DE MÁQUINA SOB O PONTO DE VISTA DA MANUTENIBILIDADE: O CASO DA BATEDEIRA Salvador 2008 11 FÁBIO CAMPOS MENDES LEONARDO BATISTA A. PIMENTEL RENAN LUIZ C. DE CARVALHO AVALIAÇÃO DO PROJETO DE MÁQUINA SOB O PONTO DE VISTA DA MANUTENIBILIDADE: O CASO DA BATEDEIRA Trabalho apresentado na disciplina de graduação ENG 312 - Projetos Mecânicos I, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, para fins de avaliação. Orientador: Professor Roberto César F. Sacramento, Msc. Salvador 2008 12 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Pedro de Alcântara O. Mendonça, pela atenção e generosidade em dedicar parte de seu tempo na discussão de idéias com o grupo, o que foi de incalculável valor no presente trabalho. Às assistências colaboradoras, pela confiança em prestarem seus depoimentos, a doação de partes de batedeiras, enfim, pela generosidade. Ao orientador Prof. Roberto César F. Sacramento, pela assistência incondicional e amizade para com os alunos de graduação de Engenharia Mecânica da Universidade Federal da Bahia. 13 RESUMO Este trabalho visa avaliar o projeto de um modelo de batedeira popular sob a ótica da manutenibilidade, comparando-o com o de outro modelo de marca diferente e mesma faixa de preço. Esta visão mostra como o projeto de uma máquina pode ser melhorado no sentido de reduzir custo e tempo de manutenção, ou mesmo a sua freqüência. Inicialmente, foram identificados os principais defeitos neste equipamento e selecionado aquele vinculado à deficiência de projeto que mostrou maior criticidade e freqüência. O comparativo foi feito entre os modelos M775, da BLACK & DECKER, e BCIR, da ARNO. Feita a comparação entre os modelos, identificamos que o modelo da ARNO apresentou ligeira vantagem, apesar de que ambos são passíveis de melhorias. Sugerimos soluções para o defeito principal, o desgaste dos dentes das engrenagens que transferem o movimento de rotação para os batedores, visando melhorar a manutenibilidade dos modelos, utilizando como base alguns indicadores estudados na pesquisa sobre avaliação de projeto de máquinas desenvolvido pelo Professor Roberto Sacramento. Por fim, o impacto econômico da solução proposta foi apresentado. Palavras-chave: Projeto Mecânico, manutenibilidade, engrenagens de batedeira. 14 ABSTRACT This work aims to evaluate the project of a model of a popular mixer under the optics of maintainability, comparing it with another model of a different brand and similar price. This point of view shows how the project of a machine can be improved to reduce cost and maintenance time, or its frequency. First the main defects were identified and then the one which was linked to deficiency of project and had more frequency and criticality was chosen. The comparison was made between the models M775, from BLACK & DECKER, and BCIR, from ARNO. After comparing the models, we found ARNO’s model better than the other, but both need improvements. We suggested solutions to solve the main defect, the wastage of the gear’s teeth witch are responsible for transferring the rotation motion to the mixer, in order to improve the maintainability of the models, using some criteria seen in the research of projects’ evaluation of machines developed by Professor Roberto Sacramento. Then, the economical impact of the solution suggested was shown. Keywords: Mechanical Project, Maintainability, Mixer’s gears. 15 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Eletrodomésticos e eletrônicos mais citados ....................................... 15 Figura 2 – Os tipos de batedeiras ......................................................................... 16 Figura 3 – Batedeira de sustentação manual ....................................................... 17 Figura 4 – Batedeira de suporte (stand mixer) – modelo planetário .................... 18 Figura 5 – Perspectiva de uma batedeira, com detalhes ...................................... 18 Figura 6 – Batedeira doméstica – visão geral da carcaça, tigela e batedores ..... 19 Figura 7 – Esquema do motor elétrico CC de dois pólos ...................................... 21 Figura 8 – Esquema do motor síncrono ................................................................ 22 Figura 9 – Esquema do motor universal .............................................................. 23 Figura 10 – Motor elétrico de uma batedeira ........................................................ 23 Figura 11 – Engrenagens de dentes retos ............................................................ 25 Figura 12 – Engrenagens cônicas ........................................................................ 26 Figura 13 – Par parafuso-coroa sem-fim .............................................................. 26 Figura 14 – Engrenagens helicoidais .................................................................... 27 Figura 15 – Engrenagem da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 ........ 27 Figura 16 – Parafuso da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 ................ 30 Figura 17 – Engrenagens helicoidais e sem-fim ................................................... 31 Figura 18a – Localização do mancal de deslizamento ......................................... 31 Figura 18b – Localização do mancal de escora .................................................... 31 Figura 19 – Batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 .................................... 33 Figura 20 – Batedeira ARNO, modelo BCIR ......................................................... 34 16 Figura 21 - Engrenagem do modelo M775 com fixação do batedor quebrada ..... 35 Figura 22 – Formação de cavidades na engrenagem .......................................... 37 Figura 23 – Batedeiras consertadas no mês X modelo da batedeira ................... 38 Figura 24 – Batedeiras BLACK & DECKER consertadas no mês X tipo de defeito ................................................................................................................... 39 Figura 25 – Batedeiras ARNO consertadas no mês X Tipo de defeito ................. 39 Figura 26 – Chave Phillips .................................................................................... 42 Figura 27 – Detalhe dos parafusos da carcaça .................................................... 42 Figura 28 – Chaves de fenda ..... .......................................................................... 43 Figura 29 – Detalhe da ventoinha ......................................................................... 43 Figura 30 – Ferramental de desmontagem (para BLACK & DECKER) ................ 44 Figura 31a - Modelo BLACK & DECKER .............................................................. 45 Figura 31b - Detalhe da configuração “+x” ........................................................... 45 Figura 32 – Ferramental de desmontagem (para ARNO) ..................................... 47 Figura 33 – Engrenagem do modelo BCIR, da ARNO .......................................... 59 Figura 34 – Detalhe do sulco ................................................................................ 60 Figura 35 – Perspectiva da montagem anel, ventoinha e sem-fim ....................... 60 Figura 36 – Perspectiva explodida da montagem anel, ventoinha e sem-fim ....... 61 Figura 37 – Detalhe do parafuso de fixação engrenagem-carcaça do motor ....... 61 17 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Defeitos e motivos ............................................................................... 38 Tabela 2 – Classificação dos defeitos quanto a criticidade ................................. 40 Tabela 3 – Orçamento para troca de engrenagens .............................................. 41 Tabela 4 – Tempo gasto na manutenção da batedeira BLACK & DECKER ........ 45 Tabela 5 – Tempo gasto na manutenção da batedeira ARNO ............................ 48 Tabela 6 – Caracterização dos pesos ................................................................... 52 Tabela 7 – Critério das notas ................................................................................ 52 Tabela 8 – Avaliação da manutenibilidade ........................................................... 54 18 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .............................................................................................. 10 2. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA ............................................................. 13 2.1. HISTÓRICO ........................................................................................... 13 2.2. A BATEDEIRA ........................................................................................ 15 2.2.1. Principais componentes ............................................................ 18 2.2.2. Elementos de máquinas presentes nas batedeiras.................. 28 2.2.3. Funcionamento da batedeira ..................................................... 32 3. LEVANTAMENTO DOS DEFEITOS ............................................................. 33 3.1. PRINCIPAIS DEFEITOS ........................................................................ 34 3.2. ESTATÍSTICAS DOS DEFEITOS .......................................................... 38 3.3. MANUTENÇÃO ...................................................................................... 40 3.3.1. Modelo para comparação ........................................................... 46 4. MANUTENIBILIDADE .................................................................................. 49 4.1. LEVANTAMENTO DOS INDICADORES ............................................... 52 4.2. JUSTIFICATIVA DAS NOTAS ............................................................... 54 4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS .............................................................. 58 4.4. PROPOSTAS DE MELHORIA ............................................................... 58 4.5. CUSTO BRASIL ..................................................................................... 62 5. CONCLUSÃO ............................................................................................... 64 REFERÊNCIAS ............................................................................................. 65 ANEXO A – CRONOGRAMAS DE ATIVIDADES ........................................ 68 ANEXO B – ASSISTÊNCIAS COLABORADORAS ..................................... 69 19 1. INTRODUÇÃO Os constantes avanços nos mais diversos setores da Engenharia têm facilitado cada vez mais as atividades realizadas pelo homem, seja nos processos de produção ou até mesmo nas suas atividades cotidianas. O desenvolvimento tecnológico busca sempre agilizar os processos, porém sem perder em qualidade e visando também o conforto e bem-estar das pessoas. Como futuros engenheiros, temos um papel moral perante a sociedade no que tange disponibilizar o conhecimento acadêmico adquirido, experiência e capacidade de solucionar problemas na contribuição com a melhoria da qualidade de vidas das pessoas. No presente trabalho, deveremos exercitar este papel, que estará evidente quando forem propostas soluções para o problema estudado em um modelo de batedeira, eletro-portátil de bastante utilidade e difusão na sociedade. O profissional da Engenharia, como consta no artigo 1° de seu código de ética profissional, tem o dever de interessar-se pelo bem público e com tal finalidade contribuir com seus conhecimentos, capacidade e experiência para melhor servir a humanidade (BAZZO, 2000). Quando se fala em projetos de máquinas, alguns conceitos importantes devem ser observados. Dentre os muitos, podemos exemplificar a confiabilidade, a fabricabilidade, a durabilidade e a manutenibilidade, conceitos estes que devem ser levados em conta no momento em que o engenheiro está projetando determinado dispositivo ou equipamento, pois contribuem para a caracterização e adequação do projeto aos requisitos que são cada vez mais rigorosos. A batedeira é um equipamento doméstico extremamente versátil e útil no nosso cotidiano, que surgiu para facilitar os trabalhos domésticos de preparação de 20 massas, sobremesas, pães e outros pratos. Possui um motor elétrico que transmite a rotação às pás através de engrenagens. Estas pás misturam a massa contida no recipiente, podendo-se alterar a velocidade de rotação por um dispositivo que regula a alimentação do motor. O enfoque que será dado na análise é o da manutenibilidade. Academicamente, para fins de avaliação da disciplina ENG 312- PROJETOS MECÂNICOS I, oferecida pelo Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal da Bahia, e sob o ponto de vista da manutenibilidade, almejamos avaliar o projeto de um modelo popular de batedeira da marca BLACK & DECKER, comparando-a com um modelo da ARNO de mesma faixa de preço. Então, apontamos qual dos projetos se comporta de maneira mais satisfatória de acordo com os indicadores da manutenibilidade. O primeiro passo na elaboração deste estudo foi a escolha do equipamento. Para isso, percorremos algumas assistências técnicas, de onde coletamos informações de alguns tipos de eletrodomésticos que vinham apresentando defeitos freqüentes. Optamos, por fim, pela batedeira, que nos pareceu bastante interessante para a realização deste estudo de manutenibilidade. Foi feito um planejamento, onde se traçou um cronograma de atividades seguindo uma seqüência lógica de procedimentos. Em seguida, fizemos uma revisão bibliográfica sobre tudo que se refere à batedeira (seu histórico, funcionamento, principais componentes, entre outros) e ao conceito da manutenibilidade para avaliação de projetos de máquinas. Com maior conhecimento do equipamento que estávamos lidando, partimos novamente para as assistências técnicas, de onde coletamos informações sobre os 21 modos de falha mais comuns em modelos populares de batedeiras, bem como os procedimentos de manutenção. Os principais itens verificados foram: • Principais defeitos apresentados e quais as marcas que os apresentam; • Freqüência e criticidade dos defeitos; • Principais causas das falhas e quais os componentes afetados; • Procedimento de manutenção e tempo médio de realização do serviço; • Treinamento recebido pelos funcionários, se houver; • Custo do serviço. Feita a pesquisa de campo, avaliamos os tipos de falha e escolhemos aquela de maior freqüência e criticidade que tem sua origem na deficiência de projeto do componente da máquina. De acordo com os dados fornecidos pelas assistências técnicas, escolhemos os dois modelos populares que mais apresentavam ocorrências do defeito, o M775, da BLACK & DECKER, e o BCIR, da ARNO. A partir dessas informações e decisões tomadas, partimos para o estudo do caso e seguimos com a confecção do texto, que pode ser apreciado a seguir. 22 2. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA A batedeira é um dispositivo de utilização doméstica destinado a misturar, bater e unir ingredientes que serão utilizados em receitas ou misturas culinárias. Apresenta-se sob dois tipos básicos: batedeira de sustentação manual e batedeira com suporte. 2.1 HISTÓRICO Em 1870, Sir Walter Scott, natural de Providence, nos Estados Unidos, criou a primeira batedeira de sustentação e acionamento manual. Acionamento este feito através de manivela que movimentavam as engrenagens dos misturadores. Invenção esta patenteada no dia 31 de maio do mesmo ano; (U.S Patent 103,811) (HOWSTUFFWORKS, 2008). A primeira batedeira elétrica foi inventada pelo engenheiro norte-americano Herbert Johnston em 1908 e comercializada pela KitchenAid, Uma divisão da companhia de manufatura Horbart, com a finalidade de elevar a eficiência na mistura de ingredientes, a velocidade e reduzir o esforço na fabricação do pão nas padarias (HISTORIADETUDO, 2008). No início da década seguinte, as batedeiras elétricas já percorriam todos os Estados Unidos sendo vendidas principalmente às padarias. Antes do início da Primeira Guerra Mundial, elas já estavam nas residências da maioria das famílias norte-americanas. Modelos antigos de batedeiras designavam nomes para as velocidades de operação (exemplo: Beat Whip para altas velocidades) e não números, como se 23 observa atualmente. As primeiras eram bastantes caras, custavam aproximadamente US$ 190, o equivalente a US$ 2.200 atualmente ou algo em torno de R$ 4.500 (IDEAFINDER, 2008). No Brasil, este eletro-portátil é bastante difundido e está presente nas residências das várias camadas sociais. Além de padarias, escolas, confeitarias, etc. Isto se deve aos benefícios trazidos por este, pela disponibilidade de modelos que atendem a diferentes necessidades e/ou se adéquam ao bolso do consumidor e ainda pelas condições facilitadas de pagamento dadas pelo comércio na aquisição deste eletro-portátil. Em recente pesquisa realizada em João Pessoa, na Paraíba, cuja finalidade foi descobrir a intenção de compra para o dia das mães na região metropolitana da capital paraibana, pôde-se comprovar a popularidade da batedeira. Foram entrevistadas 544 pessoas e 83,04 % manifestaram interesse em comprar algum presente (IFEP, 2008). Entre os entrevistados que manifestaram interesse, 24,34% afirmaram ter a intenção em presentear suas mães com eletrodomésticos e eletrônicos. Este tipo de presente ocupou o segundo posto na preferência dos entrevistados, perdendo apenas para vestuário que obteve a preferência de 36,06 % (IFEP, 2008). Dentre os eletrodomésticos representados no gráfico da figura 1. e eletrônicos, os mais citados estão 24 . Figura 1 - Eletrodomésticos e eletrônicos mais citados Fonte: Autor Como mostrado, vemos que a batedeiras tem uma importância bem relevante na vida de muitas pessoas. Ainda assim, esta popularidade poderia ser maior caso os tributos embutidos em seu preço fossem menores. Este percentual, bastante significante, é de 43,64% (IBPT, 2004). 2.2 A BATEDEIRA Quase toda cozinha tem uma batedeira. Ela mistura ingredientes para fazer biscoitos, bolos, pudins, pães, sobremesas e outros pratos. Por causa de sua versatilidade, as batedeiras se tornaram um presente bem cotado para aqueles que estão começando um novo lar (HOWSTUFFWORKS, 2008). 25 Figura 2 – Os tipos de batedeiras Fonte: www.proteste.org.br A batedeira de sustentação manual, geralmente, é composta de uma alça montada sobre uma estrutura que “guarda” um motor, e este aciona um ou dois misturadores (mais conhecidos como batedores) que vão imersos na mistura. São os modelos que possuem maior portabilidade. A batedeira de suporte se assemelha muito à batedeira de sustentação manual, exceto pelo fato de que esta é montada sobre um suporte que sustenta a estrutura e peso do equipamento. Além do mais, possui maiores dimensões e comportam motores de maior potência, e tem ainda tigelas especiais que armazenam os ingredientes a serem processados. Este tipo de batedeira pode ser ainda subdividido em “convencional” e “planetária”, sendo que esta última possui um batedor que gira por toda a tigela (por meio de um mecanismo de engrenagem interna), em vez trabalhar fixo em um lado. 26 Figura 3 – Batedeira de sustentação manual Fonte: www.wikipedia.com Modelos comerciais de serviço pesado podem ter tigelas com capacidade de 95 litros, enquanto modelos domésticos e comerciais possuem tigelas com capacidade de aproximadamente 4 litros. Nestas batedeiras domésticas convencionais há ainda itens que permitem processamento especial de alguns ingredientes. Por exemplo, batedores especiais para cremes e claras de ovos (HOWSTUFFWORKS, 2008). 27 Figura 4 – Batedeira de suporte (stand mixer) – modelo planetário Fonte: www.foodmayhem.com 2.2.1 Principais componentes As batedeiras são eletrodomésticos relativamente simples, possuindo poucos componentes, como se pode observar na figura abaixo: Figura 5 – Perspectiva de uma batedeira, com detalhes Fonte: www.howstuffworks.com 28 • Carcaça É a parte externa da batedeira, que envolve e protege o motor elétrico, as engrenagens, a placa de circuito e todos os outros componentes internos. Também tem a função de proteger o usuário contra choques, além de servir como elemento essencial para o marketing do produto, uma vez que agrega beleza e valor. Figura 6 – Batedeira doméstica – visão geral da carcaça, tigela e batedores Fonte: www.speedphotos.com.br • Tigela Recipiente que serve para acomodar a massa que é preparada. Geralmente é feita em plástico, mas também existem modelos mais sofisticados, feitos em aço inoxidável. • Suporte O suporte fixa a tigela, impedindo que esta se movimente durante o funcionamento da batedeira. É fabricado em plástico. A figura 5 mostra um desenho esquemático onde se pode observar o suporte. 29 • Fios Transmitem a corrente elétrica da rede para o motor elétrico, onde vai alimentar o estator, que poderá ser visto mais adiante. • Placa de circuito Como o próprio nome diz, esta placa tem como função servir de base de fixação do circuito elétrico existente na batedeira, que é responsável pelos comandos de variar velocidade, ligar e desligar, entre outros. • Motor elétrico Daremos mais ênfase a este componente em virtude do estudo com enfoque na manutenibilidade, que será visto posteriormente. Motores elétricos são máquinas que convertem energia elétrica em energia mecânica. Desta forma, quando uma fonte de alimentação é conectada a um motor, o seu eixo gira. Existem motores alimentados por uma fonte CC (corrente contínua), como uma bateria, e motores alimentados por uma fonte CA (corrente alternada). Apesar de existirem motores elétricos de vários tipos, o princípio é o mesmo (JORNAL SEED, 2007). Dois princípios físicos relacionados são a base do funcionamento dos motores elétricos. O primeiro é o princípio da indução eletromagnética, que estabelece que uma corrente elétrica é induzida no condutor quando este se move por meio de um campo magnético ou se a intensidade de um campo magnético que passa através de condutor varia. 30 O segundo princípio se refere à reação eletromagnética: uma força é aplicada ao condutor quando uma corrente elétrica é estabelecida por meio deste; quando o condutor é enrolado com várias voltas e conexões elétricas são instaladas, a força criada faz com que a bobina gire, produzindo a rotação do eixo do motor. Dentre os motores CC, temos três tipos: Shunt, usados predominantemente em aplicações que exigem velocidade constante, com variação proporcional à corrente absorvida; Série, usados para aplicações mais severas (como guindastes), com a velocidade variando com a carga; e Compound, para aplicações similares às do Shunt, porém com corrente de partida elevada. Figura 7 – Esquema do motor elétrico CC de dois pólos Fonte: www.feiradeciencias.com.br Já os motores CA estão divididos em Síncronos e Assíncronos. Nos Síncronos, a velocidade de trabalho praticamente não varia com a carga. O estator é alimentado por corrente alternada, mas o rotor recebe corrente contínua que vem de uma excitatriz (um pequeno dínamo que é montado no eixo do motor). Nos Assíncronos, ocorre uma defasagem (ou escorregamento) da rotação do eixo em 31 relação à rotação síncrona, devido à velocidade menor com que o seu rotor funciona. Figura 8 – Esquema do motor síncrono Fonte: www.feiradeciencias.com.br Existe ainda um tipo intermediário, o motor Universal, que pode funcionar tanto com corrente contínua quanto com corrente alternada. Um verdadeiro motor elétrico CC não aceita alimentação CA (esta inverte o sentido da corrente a cada meio ciclo, e isso apenas causaria trepidações); do mesmo modo, um verdadeiro motor CA não aceita alimentação CC (esta não oferecerá as convenientes alterações do sentido da corrente para o correto funcionamento do motor). Porém, se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos motores CC por eletroímãs e ligarmos (em série) esses eletroímãs no mesmo circuito do rotor e comutador, teremos um motor universal (FEIRA DE CIÊNCIAS, 2000). 32 Figura 9 – Esquema do motor universal Fonte: www.feiradeciencias.com.br Os motores elétricos consistem em duas unidades básicas: o campo, que é o eletroímã com suas bobinas, e a armadura, estrutura que suporta os condutores que atravessam o campo magnético e conduzem a corrente de excitação em um motor (JORNAL SEED, 2007). O motor Universal é o usado nas batedeiras elétricas, constituindo a sua “alma”, pois é ele que gera o movimento necessário para o giro dos batedores, que por sua vez vão misturar os ingredientes na tigela. Figura 10 – Motor elétrico de uma batedeira Fonte: www.howstuffworks.com 33 • Engrenagens Assim como o motor elétrico, daremos atenção especial às engrenagens, pois são o foco principal do nosso estudo. As engrenagens são utilizadas em milhares de dispositivos mecânicos e têm como objetivo principal efetivar transformações de movimentos, no que diz respeito à direção e, principalmente, velocidade. A engrenagem constitui uma máquina simples que poderia ser encarada como uma alavanca múltipla dotada de um único centro. Desta forma, quanto maior o braço (neste caso, o raio da engrenagem) maior será o momento conseguido (PUGLIESE, 1976). A relação de transmissão de um sistema de engrenagens de eixos fixos é dada por: Onde: ω1 é a velocidade angular da engrenagem 1; ω2 é a velocidade angular da engrenagem 2; z1 é o número de dentes da engrenagem 1; z2 é o número de dentes da engrenagem 2. A relação de transmissão de um sistema engrenagens é também conhecida com Lei do engrenamento (SHIGLEY, 2005). Segundo PUGLIESE, uma engrenagem é constituída pela coroa, que é a própria parte dentada, pelo cubo, parte pela qual é fixada ao eixo e pelos braços, que conectam coroa e cubo. 34 Quanto aos tipos de engrenagens, SHIGLEY subdivide-as em: Engrenagens cilíndricas de dentes retos – possuem dentes paralelos ao eixo de rotação e são utilizadas para transmitir movimento entre dois eixos paralelos. De todos os tipos, esta é a mais simples. São utilizadas, por exemplo, em aspersores oscilantes, relógios de corda e máquinas de lavar roupas. Figura 11 – engrenagens de dentes retos Fonte: www.wikipedia.org Engrenagens cônicas – possuem dentes formados em superfícies cônicas e são utilizadas para transmitir movimento entre eixos que se interceptam. As engrenagens cônicas espiraladas são cortadas de forma que o dente deixe de ser reto, formando um arco circular. As hipóides são semelhantes às engrenagens cônicas espiraladas, exceto pelo fato de serem os eixos deslocados e nãointerceptantes. Um exemplo de aplicação deste tipo de engrenagem é o diferencial automotivo. 35 Figura 12 – Engrenagens cônicas Fonte: www.howstuffworks.com O par parafuso-coroa sem-fim – se assemelha a um parafuso. A direção de rotação da coroa sem-fim, ou roda sem-fim, depende da direção de rotação do parafuso e de serem seus dentes cortados à direita ou esquerda. São mais utilizados quando as razões de velocidades dos dois eixos são bastante altas - por exemplo, 20 ou mais. Figura 13 – Par parafuso-coroa sem-fim Fonte: www.howstuffworks.com 36 Engrenagens helicoidais – Possuem dentes inclinados em relação ao eixo de rotação. Podem ser utilizadas nas mesmas aplicações que as engrenagens de dentes retos. Contudo, o engranzamento ocorre com engajamento mais gradual dos dentes, o que resulta em menos barulho. O dente inclinado também cria forças axiais e momentos fletores. Outra diferença em relação às engrenagens de dentes retos é que as engrenagens helicoidais podem ser empregadas para transmitir movimento entre eixos não-paralelos. Figura 14 – Engrenagens helicoidais Fonte: www.howstuffworks.com As batedeiras usam duas engrenagens helicoidais, engranzadas com um parafuso sem-fim (usinado em aço no próprio eixo do motor), para transmitir a rotação do motor elétrico para os batedores, que estão encaixados nos cubos. Figura 15 – Engrenagem da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 Fonte: Autor 37 • Batedores São os misturadores que executam a função da batedeira: misturar ingredientes. São fabricados em aço inoxidável e estão presos ao cubo das engrenagens por presilhas. 2.2.2 Elementos de máquinas presentes na batedeira Antes de listarmos os principais elementos de máquinas presentes na batedeira, precisamos definir o que seria um elemento de máquina, bem como diferenciar os tipos existentes. Um elemento de máquina pode ser entendido como um componente, ou peça, que integra uma máquina, exercendo uma função específica que, juntamente com outros elementos, contribui para o funcionamento adequado do sistema (TELECURSO, 2000). Como exemplo, podemos citar a mola de um automóvel, que exerce a função de amortecer impactos provenientes de irregularidades do piso, permitindo assim que todo o conjunto do carro trafegue com segurança e conforto para os passageiros. Existem cinco tipos básicos de elementos de máquinas, separados pela função que exercem: os elementos de fixação, apoio, vedação, transmissão e elásticos. • Elementos de fixação Como o nome já diz, estes elementos de máquinas são usados para unir duas peças. Temos como exemplo mais comum o parafuso (TELECURSO, 2000). 38 • Elementos de apoio Os elementos de apoio são acessórios auxiliares para o funcionamento das máquinas, servindo para suportar cargas. O mancal de deslizamento é um elemento de apoio (MENDONÇA, 2008). • Elementos de transmissão Os elementos de transmissão, como uma correia ou uma engrenagem, compõem os sistemas de transmissão, que servem para transferir potência e movimento a outro sistema (COLLINS, 2006). • Elementos de vedação Servem para selar um determinado compartimento da máquina, evitando vazamentos ou entrada de fluidos. Um exemplo é o diafragma presente em uma turbina a vapor multiestágio, que impede que o vapor retorne para o estágio anterior. (MATTOS, 1998) • Elementos elásticos Os elementos elásticos, como as molas da suspensão de um carro, são usados para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para possibilitar o retorno de um componente mecânico à sua posição inicial (TELECURSO, 2000). Na batedeira modelo M775, da BLACK & DECKER, podemos encontrar alguns destes elementos de máquinas. O mais comum deles é o parafuso, elemento de fixação muito usado na junção de partes da carcaça e do motor elétrico, são muito pequenos. No motor também encontramos um elemento de transmissão, a engrenagem sem-fim, que por sua vez transfere o movimento para outras duas 39 engrenagens helicoidais. Existem ainda dois elementos de apoio, sendo um mancal de deslizamento, que sustenta o eixo do motor próximo à engrenagem sem-fim, e um mancal de escora, localizado na parte anterior do motor, que resiste à cargas axiais. Este mancal de escora possui uma esfera em sua extremidade, justamente para esta função de conter as cargas axiais provenientes do giro do eixo do motor elétrico. Não foi necessária a aplicação deste mancal na parte posterior do motor, pois, como o eixo deste gira apenas em um sentido, a carga axial sempre aponta para o lado anterior. Há também um anel elástico no extremo do sem-fim, cuja finalidade é impedir o deslocamento axial da ventoinha. Figura 16 – Parafuso da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775. Fonte: Autor 40 Sem-fim Engrenagem helicoidal Figura 17 – Engrenagens helicoidais e sem-fim Fonte: Autor Figura 18a – Localização do mancal de deslizamento Fonte: Autor Figura 18b – Localização do mancal de escora Fonte: www.howstuffworks.com 41 2.2.3 Funcionamento da batedeira As batedeiras possuem um funcionamento bem simples. Em vez de aquecerem algo, como é o caso de um forno microondas, por exemplo, elas geram movimento, movendo ou misturando os alimentos. O motor elétrico universal é o componente principal que permite que a batedeira execute a sua função. Um controle de velocidade varia a corrente elétrica que chega ao motor, de acordo com o desejo do operador. Geralmente as batedeiras possuem velocidades de operação pré-definidas, selecionadas pelo botão de controle presente na carcaça, que por sua vez está conectado à placa de circuito, responsável pelo comando do envio da corrente elétrica ao motor. O giro do rotor do motor elétrico impulsiona a engrenagem sem-fim, usinada no seu eixo, e esta transmite a rotação para duas engrenagens helicoidais. Estas engrenagens traduzem a rotação do motor para a rotação oposta das pás dos batedores, que, por sua vez, misturam os ingredientes na tigela. 42 3. LEVANTAMENTO DOS DEFEITOS No presente capítulo, trataremos sobre os dados levantados nas pesquisas de campo, segundo a metodologia adotada. Foram visitadas cinco assistências técnicas de onde obtivemos os dados necessários para execução deste trabalho. Muitas marcas de batedeiras foram citadas durante as pesquisas de campo. No entanto, destacamos o modelo M775 da BLACK & DECKER devido à freqüência com que vem apresentando defeitos que interessam à proposta deste trabalho. Como comparação, utilizamos o modelo BCIR da ARNO, de mesma faixa de preço (entre R$85 e R$100) e com lista de defeitos semelhante. Figura 19 – Batedeira BLACK & DECKER, modelo M775. Fonte: www.blackanddecker.com.br 43 Figura 20 – Batedeira ARNO, modelo BCIR. Fonte: www.arno.com.br 3.1 PRINCIPAIS DEFEITOS Segundo relatos dos técnicos consultados, os principais defeitos apresentados pelo modelo M775 são: 1. Degradação da bucha do mancal; 2. Desgaste dos dentes das engrenagens; 3. Quebra da fixação engrenagem – batedor; 4. Quebra do batedor; 5. Queima do motor; 6. Rompimento do fio. Levantados os principais defeitos, o próximo passo foi avaliar qual ou quais deles seriam relevantes para a proposta deste trabalho. A primeira conclusão que tivemos foi que quase todos os defeitos verificados nos modelos são oriundos de mau-uso. 44 Segundo SACRAMENTO, o mau-uso pode estar atrelado a diversos fatores, podendo destacar-se: • Deficiência de projeto, que implica em uma operação difícil; • Inexistência e inadequação do manual; • Inexperiência do usuário mesmo quando a operação é simples. No caso das batedeiras em estudo, a causa principal do mau-uso é a inexperiência do usuário, visto que a operação é bastante simples. A utilização excessiva e o processamento não adequado de alguns ingredientes propiciam a queima do motor. Da mesma forma, a utilização excessiva promove a elevação da temperatura de trabalho, o que diminui muito a vida útil da bucha. A quebra do batedor tem sua origem na força vertical desnecessária, promovida pelo usuário, pressionando o batedor contra os ingredientes e a tigela. A quebra da fixação engrenagem–batedor (figura 21) ocorre pelo mesmo motivo e pela mistura de ingredientes de consistência muito grande, onde seria recomendada a utilização de outro tipo de batedeira. Por último, a forma com que o fio é enrolado representa o motivo pelo qual o mesmo rompe. Figura 21 – Engrenagem do modelo M775 com fixação do batedor quebrada Fonte: Autor 45 O desgaste prematuro dos dentes da engrenagem foi o defeito que atendeu ao enfoque deste trabalho, pois foi o único não atrelado à má utilização da batedeira, e sim, a uma deficiência de projeto. Este defeito na verdade pode estar atrelado a três importantes causas, todas elas de extrema relevância: deficiência na lubrificação, má escolha do material da engrenagem e dimensionamento incorreto da engrenagem para a aplicação, o que reduz a vida útil do componente. Como o nosso interesse neste trabalho se resume apenas a questões relacionadas à morfologia de projeto, avaliaremos o terceiro caso. De acordo com SHIGLEY, as engrenagens falham basicamente por dois motivos: flexão, quando a tensão nos dentes ultrapassa o limite de escoamento do material, ou limite de resistência à fadiga por flexão. Também por desgaste superficial, quando a tensão de contato excede o limite de resistência à fadiga superficial. No primeiro caso, o dente de engrenagem trabalha como uma viga engastada (na raiz), sendo solicitado durante o engrenamento. Geralmente, a falha ocorre na raiz do dente, onde o momento fletor é máximo (HIBBELER, 2000). O desgaste superficial, que ocorre com a engrenagem helicoidal da batedeira, é uma falha causada por muitas repetições de tensões elevadas de contato. Seu efeito principal é a formação de cavidades (SHIGLEY, 2005). A formação de cavidades na engrenagem helicoidal da batedeira M775 da BLACK & DECKER pode ser observada na figura 22. 46 cavidade Figura 22 – Formação de cavidades na engrenagem Fonte: Autor Segundo a associação americana dos fabricantes de engrenagens (AGMA), a resistência à formação de cavidades é função da condição superficial da engrenagem, de um fator geométrico, da sobrecarga, da carga transmitida, entre outros (SHIGLEY, 2005). O fator geométrico da resistência superficial, cuja sigla é “ I ”, expressa o efeito da forma do dente na equação de tensão sugerida pela AGMA. Pode ser manipulado de forma que o efeito de diminuição da tensão seja alcançado. Por exemplo, através do aumento do passo da engrenagem (SHIGLEY, 2005). Percebe-se, portanto, que há uma falha no projeto destas engrenagens, que poderiam ter melhor dimensionamento dos dentes, alcançando um efeito de forma que reduzisse a tensão de contato. Por conseqüência, teriam suas vidas úteis elevadas. A tabela 1 resume as origens dos principais defeitos apontados pelas assistências técnicas: 47 Tabela 2 - Defeitos e motivos Motivo do defeito Tipo de defeito Degradação da bucha Desgaste dos dentes das engrenagens Quebra da fixação engrenagem-batedor Quebra do batedor Queima do motor Rompimento do fio Mau –uso Deficiência no Projeto Fonte: Autor 3.2 ESTATÍSTICAS DOS DEFEITOS A partir das pesquisas realizadas em campo, pudemos levantar os gráficos que mostram a freqüência dos defeitos para os modelos da BLACK & DECKER e da ARNO. Os valores plotados representam uma média entre os valores obtidos nas assistências técnicas. Figura 23 – Batedeiras consertadas no mês X modelo da batedeira Fonte: Autor 48 Da figura 23, pudemos verificar o modelo que vem apresentando maior necessidade de manutenção, no caso o modelo M775 da BLACK & DECKER. A figura 24 mostra a quantidade de batedeiras consertadas deste modelo em função do tipo de defeito, evidenciando a enorme freqüência de intervenções devidas ao desgaste prematuro dos dentes das engrenagens. Figura 24 – Batedeiras BLACK & DECKER consertadas no mês X tipo de defeito Fonte: Autor A figura 24 mostra a quantidade de batedeiras consertadas em um mês do modelo de comparação, o BCIR da ARNO, em função do tipo de defeito apresentado. Figura 25 – Batedeiras ARNO consertadas no mês X Tipo de defeito Fonte: Autor 49 Das figuras 24 e 25, concluímos que o desgaste dos dentes das engrenagens representa aproximadamente 69% e 67% dos defeitos presentes nos modelos BLACK & DECKER e ARNO, respectivamente, o que é bastante relevante. Também foi feita uma avaliação de criticidade dos defeitos apontados nas pesquisas, onde se levaram em conta as conseqüências que as falhas podem causar para a máquina. Neste caso, atribuímos três conceitos para a classificação: baixa (pouca relevância), média (interfere no funcionamento) e alta (pode causar danos ao sistema e causar riscos ao usuário) criticidade. Tabela 2 – Classificação dos defeitos quanto à criticidade Assistência BEDATEC Classificação dos defeitos quanto à criticidade Desgaste Queima Quebra Quebra dos dentes Rompimento do do da de do fio motor batedor fixação engrenagem alta média média baixa baixa TITEC & CIA alta baixa média baixa baixa TOPA TUDO - - - - - SR MANUT. alta baixa média baixa baixa ASTECA alta baixa média baixa baixa Fonte: Autor 3.3 MANUTENÇÃO A manutenção da batedeira, no que diz respeito à substituição do par de engrenagens, pode ser compreendida como uma sucessão de seis etapas. Segundo SACRAMENTO, são elas: diagnóstico do defeito, orçamento (realizado pela assistência), desmontagem, intervenção (troca do par de engrenagens), montagem, testes e entrega. 50 Diagnóstico do defeito – Consiste em examinar a máquina defeituosa e identificar o problema. Com relação à identificação do desgaste dos dentes de engrenagem, a primeira informação relevante é dada pelo próprio proprietário da batedeira. Geralmente, este se dirige às assistências alegando que “o batedor está emperrando” ou, ainda, que “o batedor não está girando”. Segundo os técnicos das assistências colaboradoras do presente trabalho, este é um forte indício de que os dentes do par de engrenagens possam ter sofrido excessivo desgaste. Portanto, a substituição do par seria necessária. A suspeita pode ser comprovada com um rápido teste de funcionamento do equipamento e, caso a dúvida ainda persista, abre-se a carcaça que envolve o motor e as engrenagens para uma inspeção visual. Orçamento – O orçamento do conserto de determinado defeito engloba os custos que envolvem o serviço, que são o valor das peças a serem trocadas e o valor da mão-de-obra necessária para efetuá-lo, bem como o prazo prometido pela empresa para entrega da máquina em pleno funcionamento. A tabela 3 registra os valores cotados nas assistências técnicas consultadas, para a substituição do par de engrenagens do modelo M775. Tabela 3 – Orçamento para troca de engrenagens Orçamento (R$) Assistência Mão – de –obra Par de engrenagens Total BEDATEC TITEC & CIA TOPA TUDO SR MANUT. ASTECA 10 8 15 8 12 8 15 8 Custo médio do conserto (R$) Fonte: Autor 18 23 20 23 21 51 Desmontagem – Consiste em desmontar as partes que estão em volta ou fazem parte da região defeituosa. Primeiramente, a carcaça da batedeira é aberta, retirando-se quatro parafusos, com auxílio da chave Phillips. Figura 26 – Chave Phillips Fonte: Autor Figura 27 – Detalhe dos parafusos da carcaça Fonte: Autor Aberta a carcaça da batedeira, o procedimento seguinte é retirar a ventoinha, que é fixa ao parafuso sem-fim por pressão. As ferramentas utilizadas para tal tarefa são duas chaves de fenda comuns. 52 Figura 28 – Chaves de fenda Fonte: Autor Figura 29 – Detalhe da ventoinha Fonte: Autor Para finalizar o procedimento de desmontagem, é feita remoção dos dois parafusos de fixação engrenagem – carcaça do motor. Pudemos observar que o processo de desmontagem é relativamente simples. No entanto, segundo relatos dos técnicos, o procedimento inicial de desmontagem para o modelo BLACK & DECKER (abertura da carcaça) apresenta certa dificuldade devido ao posicionamento dos parafusos. Além disso, o segundo procedimento (remoção da ventoinha) requer um esforço considerável. 53 Chave de fenda Chave Phillips Chave de fenda Figura 30 – Ferramental de desmontagem (para BLACK & DECKER) Fonte: Autor Intervenção – É o conserto propriamente dito. No caso em estudo, visa substituir o par de engrenagens com dentes desgastados por um novo. Montagem – Consiste em reinstalar as peças que haviam sido retiradas na fase de desmontagem. A primeira medida a ser realizada antes do início da montagem é o que se chama de “alinhamento dos batedores”, quando as engrenagens são posicionadas de forma que os batedores se alinhem segundo uma configuração “+x”. No modelo BLACK & DECKER em estudo, isto é feito com facilidade. Este procedimento é crítico, de forma que, quando mal executado, acarreta no choque de um batedor contra o outro durante o funcionamento. O procedimento de montagem consiste em fixar novamente os parafusos e reinstalar a carcaça. 54 (b) (a) Figura 31 – (a): Modelo BLACK & DECKER; (b) Detalhe da configuração “+x” Fonte: Autor Teste – Feito pelo próprio técnico da assistência, com e sem a presença do proprietário da batedeira, tem como objetivo avaliar e comprovar a qualidade da manutenção. Entrega – Finalizada a etapa de teste com a necessidade do proprietário atendida, a batedeira já pode ser retirada da assistência técnica. O tempo médio gasto pelas assistências técnicas na substituição do par de engrenagens é apresentado na tabela 4. Tabela 4 – Tempo gasto na manutenção da batedeira BLACK & DECKER Assistência BEDATEC Tempo gasto (min) Desmonte Retirada Retirada da Subst. Montada da fixação do par gem carcaça ventoinha engrenagemcarcaça 1,5 2 1 0,5 4 Total 9 TITEC & CIA 2,0 2,5 1 1 4,5 11 TOPA TUDO - - - - - - SR MANUT. 1,5 2 1,5 1 4 10 ASTECA 1,5 2,5 1 1 5 11 Tempo médio gasto: 10,25 Fonte: Autor 55 Segundo dados das assistências, uma parcela considerável deste tempo é consumida na abertura da carcaça da batedeira, para o modelo M775 da BLACK & DECKER. 3.3.1 Modelo para comparação Além das conclusões do tópico 3.2, Estatísticas dos defeitos, os dados obtidos relacionados à manutenção do modelo de comparação, ARNO, possibilitaram identificar algumas diferenças em relação à manutenção do modelo da BLACK & DECKER, descrita no tópico 3.3. Algumas destas diferenças são listadas abaixo: Com relação ao orçamento - Não apresenta diferença. Com relação à desmontagem - Na abertura da carcaça, utiliza-se a mesma chave Phillips. No entanto, este procedimento é executado com maior facilidade, devido ao melhor posicionamento dos parafusos. A remoção da ventoinha não apresenta diferença, assim como a dos parafusos fixação engrenagem - carcaça do motor. Uma etapa adicional, que antecede a remoção dos parafusos de fixação engrenagem-carcaça do motor, é a retirada dos anéis de engrenagem. Este procedimento requer a utilização de uma nova ferramenta, o alicate de bico. 56 Chave de fenda Chave Phillips Alicate de bico Chave de fenda Figura 32 – Ferramental de desmontagem (para ARNO) Fonte: Autor Com relação à intervenção - Não apresenta diferença. Com relação à montagem - O “alinhamento dos batedores”, de acordo com os técnicos das assistências, é a etapa de maior demanda por tempo na manutenção do modelo ARNO. Ao contrário do que ocorre com o modelo da BLACK & DECKER, no modelo de comparação há grande dificuldade de execução desta etapa. O restante da montagem consiste na reinstalação dos anéis das engrenagens, seguida pela fixação dos parafusos e reinstalação da carcaça, sendo que os últimos dois passos não apresentam diferença em relação ao modelo M775. Com relação ao teste - Não apresenta diferença. Com relação à entrega - O tempo médio gasto pelas assistências técnicas na substituição do par de engrenagens, para o modelo de comparação, é dado na tabela 5. 57 Tabela 5 – Tempo gasto na manutenção da batedeira ARNO Assistência Desmonte da carcaça Tempo gasto (min) Retirada Retirada da Subst. Monta- Total da fixação do par gem ventoinha engrenagemcarcaça 2 1 0,5 5 9,5 BEDATEC 1 TITEC & CIA 2 2,5 1,5 1 5,5 12,5 TOPA TUDO - - - - - - SR MANUT. 1,5 2 1,5 1 6 12 ASTECA 1,5 2,5 1 1 6 12 Tempo médio gasto: 11,5 Fonte: Autor O resultado apresentado na tabela 5 nos leva a crer que o tempo gasto no “alinhamento dos batedores”, remoção e reinstalação dos anéis das engrenagens do modelo da ARNO supera o tempo necessário para a abertura da carcaça do modelo da BLACK & DECKER. Do ponto de vista econômico, para as assistências colaboradoras, a manutenção do modelo de comparação é menos interessante, visto que, para o mesmo orçamento médio (R$ 21), a manutenção do modelo da ARNO consome mais tempo (aproximadamente 1,3 minutos) do que o modelo em estudo, o M775 da BLACK & DECKER. Além disso, uma ferramenta adicional é necessária. Neste caso, o alicate de bico, que custa em torno de quarenta reais (LOJAS AMERICANAS, 2008). 58 4. MANUTENIBILIDADE É o mesmo que mantenabilidade. Significa a capacidade de um item ser mantido ou recolocado em condições de executar as suas funções requeridas, sob condições de uso especificadas, quando a manutenção é executada sob condições determinadas e mediante procedimentos e meios prescritos. O termo “manutenibilidade” é usado como uma medida do desempenho de manutenibilidade (ABNT, 1994). A manutenibilidade é um índice associado a um sistema que quantifica a maior ou menor facilidade de uma intervenção de reparo ou de outras atividades de manutenção (LAFRAIA, 2001). De forma similar, pode ser conceituada como sendo a característica de um equipamento ou instalação em permitir um maior ou menor grau de facilidade na execução dos serviços de manutenção (KARDEC e NASCIF, 2002). Segundo o IBAPE - Instituto Brasileiro de Avaliações e Perícias de Engenharia, manutenibilidade é o “grau de facilidade de um sistema, elemento ou componente em ser mantido ou recolocado no estado no qual pode executar suas funções requeridas, sob condições de uso especificadas, quando a manutenção é executada sobre condições determinadas, procedimentos e meios prescritos”. O conceito de manutenibilidade também está associado ao da confiabilidade. Se uma máquina tem maior facilidade de execução dos serviços de manutenção, então ela é considerada mais confiável e tem menor chance de falhar. Desta forma, a freqüência de falha se reduz e o tempo médio entre falhas aumenta. De acordo com KARDEC e NASCIF, a confiabilidade é a probabilidade de que um item possa desempenhar sua função requerida, por um intervalo de tempo 59 estabelecido, sob condições definidas de uso. A função confiabilidade, ou probabilidade de sobrevivência, pode ser expressa por: R(t ) = e − λ .t Onde: R(t) é a confiabilidade a qualquer tempo “t”; E é a base de logaritmo neperiano; λ é a taxa de falha (freqüência de falhas no intervalo de tempo) constante; t é o tempo previsto para alteração. Outro conceito muito importante que está intimamente ligado à manutenibilidade é o da disponibilidade. KARDEC e NASCIF a definem como a relação entre o tempo que o equipamento ou instalação ficou disponível para produzir em relação ao tempo total, sendo dada pela seguinte expressão: Onde: TMEF é o Tempo Médio Entre Falhas, também conhecido como MTBF (Mean Time Between Failures), dado por: TMPR é o tempo médio para reparo, também conhecido como MTTR (Mean Time To Repair), dado por: A variável μ é a taxa de reparos, dada pela relação entre o número de reparos efetuados e o tempo total de reparo da unidade. O TMEF e o TMPR são indicadores mundialmente adotados e definem a disponibilidade (KARDEC e NASCIF, 2002). 60 A disponibilidade pode ser melhorada aumentando-se a confiabilidade expressa pelo TMEF, reduzindo-se o tempo gasto para o preparo, expresso pelo TMPR, ou aumentando-se o TMEF e reduzindo-se o TMPR simultaneamente. Conhecendo estes conceitos, podemos definir a função manutenibilidade, tida como a probabilidade do reparo iniciar no tempo t=0 e ser satisfatoriamente concluído no tempo t=t (KARDEC e NASCIF, 2002). No estudo de manutenibilidade, avaliamos diversos pontos que, direta ou indiretamente, interferem na facilidade de manutenção da máquina em estudo. Estes pontos são expressos por indicadores, para os quais são atribuídos pesos. Os pesos variam de acordo com a importância que o indicador tem na avaliação de manutenibilidade. Em seguida, para cada indicador é dada uma nota, que varia de 0 a 10. No caso da batedeira em questão, estamos interessados em avaliar especificamente o defeito relacionado ao desgaste prematuro dos dentes das engrenagens com o enfoque na manutenibilidade. Desta forma, observamos como este problema se comporta sob o ponto de vista do tempo de reparo, das ferramentas utilizadas na intervenção, na necessidade de treinamento da mão-deobra, dentre outros pontos. É importante lembrar que os indicadores estão relacionados intimamente com cada uma das etapas do processo de manutenção, descritas no item 3.3, e que o custo e o tempo de manutenção são fatores primordiais, uma vez que todos os outros indicadores, considerados aqui como secundários, acabam levando a um deles. 61 4.1 LEVANTAMENTO DOS INDICADORES Utilizamos o Critério do Barema de Notas e Pesos para a avaliação do projeto com enfoque na manutenibilidade. Conforme dito anteriormente, para cada indicador foi dado um peso correspondente, variando de 1,0 a 3,0, a depender do grau de influência que tem na manutenibilidade das batedeiras. Tabela 6 – Caracterização dos pesos PESO CLASSIFICAÇÃO 1,0 e 1,5 Menor influência na manutenibilidade 2,0 Causa prejuízos na manutenibilidade 2,5 e 3,0 Fator crítico, de grande interferência Fonte: Autor Da mesma forma, cada indicador recebe uma nota que avalia o grau de adequação da batedeira em questão ao indicador. As notas seguem o critério descrito na tabela 7. Multiplicando o peso pela nota dada, temos a pontuação da batedeira em estudo para cada indicador de manutenibilidade. Tabela 7 – Critério das notas NOTA CLASSIFICAÇÃO 0 a 3,0 Péssimo, insuficiente 3,0 a 5,0 Regular, necessita de muitas melhorias 5,0 a 7,0 Bom, porém ainda pode melhorar 7,0 a 9,0 Muito bom 9,0 a 10,0 Excelente, atende adequadamente a proposta Fonte: Autor 62 Os indicadores utilizados foram os seguintes: Facilidade de diagnóstico (peso 1,0): Expressa a facilidade com que o defeito é identificado, suas causas são averiguadas e possíveis soluções são apontadas. Este indicador reflete diretamente no tempo de reparo. Disponibilidade de sobressalentes (peso 1,5): Determina o quão fácil é encontrar as peças de reposição para a solução do problema. A falta de disponibilidade de sobressalentes atrasa o início da manutenção e eleva o seu custo. Por isso, teve peso 1,5. Facilidade de acesso ao componente crítico (peso 2,5): Recebeu peso 2,5 devido à grande interferência que tem nas etapas de diagnóstico, desmontagem, intervenção e montagem. Quanto maior a dificuldade em acessar o sistema, maior o tempo utilizado e maior o custo da manutenção. Grau de especialização exigido da mão-de-obra (peso 1,0): A depender do nível de complexidade dos serviços necessários, pode ser necessária uma mão-deobra mais qualificada, o que torna mais oneroso processo de manutenção. Quanto maior for o nível de especialização requerido, menor a nota dada. Adequabilidade do ferramental (peso 1,0): Avalia se o processo requer ferramentas ou aparelhos especiais e se estes são fáceis de serem obtidas no mercado. O peso atribuído foi 1,0, pois, no caso da manutenção de batedeiras, exige-se muito pouca variedade de ferramentas. Freqüência da falha (peso 3,0): Fator de extrema importância, que determina a confiabilidade do sistema e pode evidenciar sérias deficiências de projeto dos componentes envolvidos na falha. Em virtude disso, o peso atribuído foi o máximo da escala adotada, 3,0. 63 Qualidade do manual (peso 1,0): O manual deve trazer todas as informações necessárias para que o usuário saiba como utilizar corretamente e conservar o seu produto. Especificações técnicas e relação das assistências autorizadas também devem constar. Pela tabela 8 é possível observar a nota final para cada modelo de batedeira, o que possibilita fazermos uma comparação tendo como critério a manutenibilidade. Tabela 8 - Avaliação da manutenibilidade Indicadores Peso (P) Facilidade de diagnóstico Disponibilidade de sobressalentes Facilidade de acesso ao componente crítico Grau de especialização da mão-de-obra Adequabilidade do ferramental Freqüência da falha Qualidade do manual Somatórios Nota parcial (N) 1,0 1,5 2,5 1,0 1,0 3,0 1,0 BLACK & DECKER M775 9,5 6,5 6,5 10,0 9,5 6,0 5,5 ARNO BCIR 9,5 8,5 7,0 10,0 8,5 7,5 6,5 11,0 ∑(PiNi)=78,5 ∑(PiNi)=87,3 7,1 7,9 Nota final Fonte: Autor 4.2 JUSTIFICATIVA DAS NOTAS Conforme foi explícito no tópico anterior, através do Critério do Barema de Notas e Pesos, atribuímos notas aos modelos em estudo segundo indicadores de manutenibilidade. O presente tópico apresenta a justificativa para tais notas. 64 Facilidade de diagnóstico O diagnóstico do defeito é feito de maneira muito fácil (ver tópico 3.3 – Manutenção, etapa do diagnóstico) tanto em um modelo como no outro, apesar de não haver qualquer mecanismo automático que indique o tipo de defeito quando este está presente. A nota atribuída aos modelos foi a mesma, 9,5 pontos, devido à similaridade de ambos neste critério. Disponibilidade de sobressalentes Utilizamos como parâmetro de avaliação o número de assistências técnicas autorizadas presentes em Salvador, as quais são responsáveis pela comercialização das engrenagens, que são facilmente encontradas. A quantidade de assistências multiplicada pela oferta de sobressalentes de cada uma determina a disponibilidade de sobressalentes no mercado. Segundo a ARNO, nove de suas assistências autorizadas estão presentes em Salvador. Em contrapartida, há seis assistências técnicas capacitadas a manter o modelo M775 (BLACK & DECKER, 2008). A batedeira da BLACK & DECKER foi penalizada pelo reduzido número de pontos de assistência técnica autorizada, recebendo nota 6,5, enquanto o modelo da ARNO recebeu nota 8,5, o que indica que ainda pode melhorar neste critério. Facilidade de acesso ao componente crítico A facilidade de acesso ao componente crítico foi mensurada através do tempo médio necessário para abrir a carcaça da batedeira, visto que esta é uma etapa 65 crítica da desmontagem (ver tópico 3.3 – Manutenção, tabelas de tempo de manutenção). No que diz respeito à ergonomia, a disposição da ventoinha em ambos os modelos dificulta, com a mesma intensidade, o acesso do técnico de manutenção aos parafusos de fixação da engrenagem-carcaça do motor. Nos dois modelos é necessário aplicar uma força razoável para remoção da ventoinha, o que é um ponto negativo. Neste indicador, o desempate foi feito pelo tempo de abertura da carcaça, onde o modelo da BLACK & DECKER se mostrou pior, recebendo nota 6,5. Grau de especialização exigido da mão-de-obra Segundo os técnicos das assistências colaboradoras, os modelos das marcas BLACK & DECKER e ARNO são bem simples e parecidos, de forma que o lançamento de novos modelos no mercado não exige, na maioria dos casos, treinamentos ou cursos específicos dos técnicos. Conseqüentemente os modelos receberam mesma nota (nota máxima). Adequabilidade do ferramental Como visto no tópico 3.3 (Manutenção), o ferramental utilizado na manutenção dos modelos é bastante simples. O ferramental utilizado na manutenção do modelo da ARNO difere daquele utilizado para o modelo da BLACK & DECKER pela utilização do alicate de bico. Como o modelo M775 utiliza apenas ferramentas básicas, presentes em qualquer residência, recebeu nota maior que o modelo BCIR, que necessita de uma ferramenta a mais para a execução de um serviço similar. 66 Freqüência da falha Segundo dados levantados junto às assistências, a troca do par de engrenagens é realizada, aproximadamente, duas vezes por ano no modelo da BLACK & DECKER. Em contrapartida, a substituição é feita uma vez e, em alguns casos, duas vezes por ano, para o modelo da ARNO. Este foi considerado o indicador de maior peso na avaliação de manutenibilidade, pois está ligado diretamente ao TMEF e, conseqüentemente, à disponibilidade do equipamento, sendo assim um importante indicador de confiabilidade. Os dois modelos tiveram desempenho apenas mediano neste quesito. O modelo M775, por ter um índice de falha maior, recebeu nota 6,0, enquanto o BCIR teve nota 7,5. Qualidade do manual Analisamos os manuais dos dois modelos segundo alguns critérios, tais como: informações sobre componentes, utilização adequada, especificações técnicas, segurança, entre outros. Constatamos que ambos os manuais deixam a desejar no que se refere a informações que julgamos necessárias para o consumidor, como as especificações técnicas e detalhamento dos componentes. O modelo da ARNO, no entanto, apresentou alguns dados a mais, como uma listagem com os defeitos mais freqüentes e suas possíveis soluções, e, por isso, recebeu nota maior que o modelo da BLACK & DECKER. 67 4.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS Como pudemos constatar, o modelo BCIR, da ARNO, obteve melhor desempenho frente ao modelo M775, da BLACK & DECKER, quando o critério de avaliação é a manutenibilidade. Observamos pela tabela 8 que houve equilíbrio entre os dois modelos em muitos indicadores, sobressaindo-se o BCIR em quatro deles e o M775 em apenas dois. O fraco desempenho do modelo M775 no principal indicador, freqüência de falha, na disponibilidade de sobressalentes (em função do número menor de assistências técnicas) e na qualidade do manual, que necessita de muitas melhorias, foi decisivo para a obtenção da melhor média pelo modelo da ARNO. 4.4 PROPOSTAS DE MELHORIA No que tange ao problema do desgaste prematuro dos dentes da engrenagem, o fabricante do modelo em estudo deveria avaliar a possibilidade de alterar o projeto das engrenagens, passando a produzi-las com maior passo, que acresceria robustez aos dentes e, como conseqüência, resistência ao desgaste (formação de cavidades) e maior vida útil das engrenagens. Os bons resultados desta solução simples podem ser observados no modelo de comparação, o BCIR, da ARNO, cuja incidência do desgaste é notoriamente menos freqüente, de acordo com os dados de campo. 68 Figura 33 – Engrenagem do modelo BCIR, da ARNO. Fonte: Autor Outra alternativa a ser analisada diz respeito à substituição do material da engrenagem, neste caso um plástico, por um material de maior limite de resistência à fadiga superficial, por exemplo, um aço. Estudos de viabilidade devem ser feitos para determinar o custo da produção da batedeira com este tipo de engrenagem, que será repassado ao consumidor, de forma que o preço da batedeira para o consumidor final se eleve a um valor tal que o aumento da vida útil desta engrenagem compense-o. Um aspecto que deve ser levado em conta nesta alternativa é a necessidade de lubrificação, em decorrer do engrenamento entre o parafuso sem-fim e a engrenagem, ambos feitos de aço. Certamente, a lubrificação mais apropriada seria do tipo life lubrication, pois sabemos que dificilmente as donas de casa, principais consumidoras de batedeiras, fariam a lubrificação adequada, nem levariam as batedeiras às autorizadas para tal. Com relação à manutenibilidade do modelo M775, da BLACK & DECKER, a redução da profundidade e o alargamento dos sulcos, onde estão alocados os parafusos da carcaça, facilitaria muito a abertura da carcaça durante o procedimento 69 de desmontagem, além da remontagem. Como conseqüência, haveria uma redução significante do tempo de manutenção ao se facilitar o acesso às engrenagens. Figura 34 – Detalhe do sulco Fonte: Autor A acessibilidade às engrenagens, aspecto de grande relevância na manutenibilidade, poderia ser melhorada com a mudança da forma com que a ventoinha é fixada ao eixo. Segundo os técnicos das assistências colaboradoras, a remoção da ventoinha requer um esforço excessivo, uma vez que esta é fixada ao eixo por pressão. Uma solução seria acoplar a ventoinha na extremidade do eixo através de uma rosca usinada no mesmo. A partir daí, sua remoção não demandaria qualquer esforço. Figura 35 – Perspectiva da montagem anel, ventoinha e sem-fim Fonte: Autor 70 Figura 36 – Perspectiva explodida da montagem anel, ventoinha e sem-fim Fonte: Autor Outra saída seria possibilitar a remoção dos parafusos da fixação engrenagem-carcaça do motor sem remoção da ventoinha, através do remanejamento destes parafusos para a parte superior da carcaça, para melhor acessibilidade ao componente crítico. A figura 37 mostra o posicionamento do parafuso de fixação logo atrás da ventoinha, o que demanda a retirada da mesma para execução da troca do par de engrenagens. Figura 37 – Detalhe do parafuso de fixação engrenagem-carcaça do motor Fonte: Autor 71 Um último aspecto a ser lembrado é a necessidade do fabricante em melhorar o manual do modelo M775, que enfatiza apenas as instruções de utilização do aparelho e mostra de forma bastante resumida dados importantes para o usuário, como, por exemplo, uma relação dos principais componentes. Um manual completo deve atentar, além das instruções de uso e da relação dos principais componentes, para informações referentes à descrição de: defeitos mais freqüentes e suas possíveis causas e soluções, manutenção, especificações técnicas e dados sobre a garantia do produto. 4.5 CUSTO BRASIL De acordo com pesquisa realizada pelo Instituto Brasileiro de Opinião Pública e Estatística (IBOPE) com 1040 mulheres (mães de família e recém casadas) em todas as regiões do Brasil, 14% adquiriram algum eletroportátil nos últimos 12 meses. Admitindo que a preferência por batedeiras represente 30% em relação aos eletroportáteis, perdendo apenas para os liquidificadores, temos que 4,2% das mulheres entrevistadas adquiriram uma batedeira. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no Brasil há aproximadamente 60 milhões de famílias residentes em domicílios particulares. Portanto, fazendo uma junção entre as informações levantadas em todas estas pesquisas tem-se que de 2,5 milhões de batedeiras (4,2 % x 60 milhões de famílias) foram adquiridas neste período. Admitindo que o modelo em estudo represente 20% de todas as batedeiras domésticas adquiridas, ao adotarmos a solução proposta (aumento do passo de 72 engrenagem) para que, no mínimo, a freqüência do defeito se iguale à do modelo da ARNO (uma vez por ano), temos uma economia anual de aproximadamente 11 milhões de reais (20% x 2,5 milhões de batedeiras x R$ 21), levando-se em conta o custo de manutenção que pode ser visto no item 3.3 – Manutenção. 73 5. CONCLUSÃO O estudo realizado nos permitiu verificar, sob o ponto de vista da manutenibilidade, as qualidades e defeitos das batedeiras M775, da BLACK & DECKER, e BCIR, da ARNO, mostrando que é possível melhorar os projetos das máquinas para que atendam melhor o consumidor. O modelo BCIR se mostrou superior na avaliação final, pois apresentou maior homogeneidade no comportamento sob o ponto de vista dos indicadores avaliados, o que não desmerece o modelo M775, que também obteve bons números. As propostas de melhorias feitas são bastante interessantes no sentido de reduzir a freqüência de falha das engrenagens, principal defeito identificado. No entanto, por se tratar de modelos “populares”, vemos que algumas destas soluções, como a troca do material constituinte da engrenagem, não são viáveis de serem aplicadas, pois causariam aumento considerável no preço final do produto. Isso pode ser evidenciado quando verificamos que modelos superiores das mesmas marcas já apresentam algumas das soluções indicadas. A própria ARNO produz batedeiras mais caras cujas engrenagens são fabricadas em nylon, material mais resistente. O aumento do passo da engrenagem, por sua vez, se mostra uma solução simples e perfeitamente aplicável aos dois modelos, sem grande interferência no custo final. O papel social do engenheiro fica evidenciado, pois a implantação desta melhoria, além de aumentar consideravelmente a vida útil das engrenagens, contribuiria para uma grande economia em manutenção. 74 REFERÊNCIAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5462. Confiabilidade e Mantenabilidade: Rio de Janeiro, 1994. ARNO. Batedeiras. Disponível em: <www.arno.com.br> Acesso em: 5 outubro de 2008; 18 de outubro de 2008. ARNO. Manual da batedeira modelo BCIR. Disponível em: <www.arno.com.br/sac/manuais/baixar/batedeiras/ciranda-classic.pdf> acesso em: 7 de outubro de 2008; 8 de outubro de 2008. BAZZO, W. A. ; PEREIRA, L. T. V. .Introdução à Engenharia Mecânica. 6.ed. – Florianópolis : Ed. Da UFSC, 2000. BLACK & DECKER. Batedeiras. Disponível em: <www.blackanddecker.com> Acesso: de 2 a 15 de Outubro de 2008. 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Acesso em: 17 de setembro de 2008 77 ANEXO A – CRONOGRAMAS DE ATIVIDADES ATIVIDADE COMPONENTES FÁBIO OK LEONARDO OK Levantamento de material teórico sobre batedeiras OK OK Levantamento de material teórico sobre as partes da batedeira OK OK Pesquisa nas assistências Levantamento de material teórico sobre elementos de máquinas Levantamento de fotos NÃO OK OK OK Levantamento de material teórico sobre manutenibilidade Confecção do trabalho escrito Configuração do trabalho escrito Confecção de listas, sumário, numeração, etc. RENAN OK OK OK OK NÃO OK NÃO OK NÃO OK 78 ANEXO B – ASSISTÊNCIAS COLABORADORAS • BEDATEC assistência técnica autorizada Avenida Paulo VI, 1964. Parque Flamboyans CEP: 41810-001 Pituba – Salvador, Bahia. Fone: (71) 3351-3611; (71) 3451-6164 Email: [email protected] Responsável: Cátia Almeida Santos • TITEC & CIA consertos com garantia Rua Caetano Moura, 60. CEP: 40210-341 Federação – Salvador, Bahia. Fone: (71) 3247-1143. Responsável: Benedito Ferreira Pereira • ASTECA Rua do Uruguai, 120. Loja 02. CEP: 40454-260 Uruguai – Salvador, Bahia. Fone: (71) 3316-0108 Email: [email protected] Responsáveis: Roberto Brito • ASSISTÊNCIA TÉC. AUTORIZADA TOPA TUDO RIBEIRO E BIRON LTDA. Avenida Paulo VI, Shopping Paulo VI, 832. Térreo. CEP: 41810-001 Pituba – Salvador, Bahia. Fone: (71) 3351-7586 Responsável: Ana Lúcia Sá 79 • S.R. MANUTENÇÃO Estrada do Coqueiro Grande, 345. Shopping Loja H 345 CEP: 41340-050 Cajazeiras – Salvador, Bahia. Fone: (71) 3302-0470 Fax: (71) 3302-8846 Email: [email protected]