centro universitário positivo adequação de prensas com mecanismo

Transcrição

CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO
ADEQUAÇÃO DE PRENSAS COM MECANISMO DE ACIONAMENTO
EXCÊNTRICO ÀS NORMAS DE SEGURANÇA VIGENTES
CURITIBA
2006
FRANCISCO SILVA CEOLIN
JOÃO CARLOS PASSONI JUNIOR
ADEQUAÇÃO DE PRENSAS COM MECANISMO DE ACIONAMENTO
EXCÊNTRICO ÀS NORMAS DE SEGURANÇA VIGENTES
Monografia apresentada para obtenção do título
de Engenheiro Mecânico, no Curso de Graduação
em Engenharia Mecânica do Centro Universitário
Positivo.
Orientador: Prof. Eduardo Torres da Rocha
CURITIBA
2006
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................ii
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. iii
RESUMO.....................................................................................................................v
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 4
2.1 PRENSAS .......................................................................................................... 5
2.1.1 Prensas mecânicas excêntricas....................................................................... 6
2.1.2 Prensa dobradeira mecânica ......................................................................... 15
2.2 SISTEMAS DE SEGURANÇA APLICADOS A PRENSAS ................................ 20
2.3 MÉTODOS DE PROTEÇÃO DE MÁQUINA...................................................... 25
2.3.1 Barreiras ou anteparos de proteção............................................................... 25
2.3.2 Proteção com dispositivos ............................................................................. 27
2.3.3 Proteção pela localização ou pela distância .................................................. 30
2.3.4 Operação ....................................................................................................... 31
2.3.5 Outros Mecanismos auxiliares de proteção ................................................... 32
2.4 SISTEMAS PNEUMÁTICOS ............................................................................ 33
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................... 35
4 DESENVOLVIMENTO.......................................................................................... 37
4.1 RELAÇÃO DE COMPONENTES NECESSÁRIOS ........................................... 37
4.2 ALTERAÇÃO NO PROCESSO DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA....................... 44
4.3 DIMENSIONAMENTOS.................................................................................... 48
4.3.1 Cortina de luz................................................................................................. 48
4.3.2 Proteções fixas .............................................................................................. 49
4.4 ADEQUAÇÕES PROPOSTAS ......................................................................... 49
5 RESULTADOS E VALIDAÇÃO ........................................................................... 58
6 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 59
GLOSSÁRIO ............................................................................................................ 61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 62
DOCUMENTOS CONSULTADOS ........................................................................... 64
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – MÉTODOS DE SEGURANÇA COM PROTEÇÃO OU BARREIRA ................................. 26
TABELA 2 – MÉTODOS DE SEGURANÇA COM DISPOSITIVOS...................................................... 27
TABELA 3 – RELAÇÃO DE COMPONENTES EXIGIDOS PARA ADEQUAÇÃO................................ 44
ii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – PEÇA AUTOMOTIVA CONFORMADA EM PRENSA ........................................................ 6
FIGURA 2 – ELEMENTOS BÁSICOS DE UMA PRENSA ...................................................................... 7
FIGURA 3 – EIXO EXCÊNTRICO ........................................................................................................... 8
FIGURA 4 – USINAGEM RASGO DA CHAVETA................................................................................... 9
FIGURA 5 – ELEMENTO DE FRICÇÃO ................................................................................................. 9
FIGURA 6 – FORÇA VARIÁVEL NO MECANISMO EXCÊNTRICO .................................................... 11
FIGURA 7 – FORÇA NOMINAL DE PROJETO .................................................................................... 12
FIGURA 8 – INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO........................................................................................ 13
FIGURA 9 – MOVIMENTO DO VOLANTE............................................................................................ 14
FIGURA 10 – PRENSA DOBRADEIRA MECÂNICA ............................................................................ 15
FIGURA 11 – DETALHE DO PRENSADOR, PUNÇÃO E MATRIZ...................................................... 16
FIGURA 12 – MOVIMENTO DO PRENSADOR.................................................................................... 17
FIGURA 13 – VISTA SUPERIOR MECANISMO DE TRANSMISSÃO DE MOVIMENTO.................... 17
FIGURA 14 – MOTOR ELÉTRICO, VOLANTE E FRICÇÃO ................................................................ 18
FIGURA 15 – PEDAL MECÂNICO ........................................................................................................ 19
FIGURA 16 – ALAVANCA ..................................................................................................................... 19
FIGURA 17 – SISTEMA DE FRENAGEM ACIONADO POR ALAVANCAS......................................... 19
FIGURA 18 – CICLO DE TRABALHO................................................................................................... 20
FIGURA 19 – ACIDENTES E O MODO DE OPERAÇÃO DAS PRENSAS.......................................... 23
FIGURA 20 – DISPOSITIVO FOTOELÉTRICO SENSOR DE POSIÇÃO EM UMA PRENSA
MECÂNICA ............................................................................................................................................ 29
FIGURA 21 – COMANDO BIMANUAL EM UMA PRENSA MECÂNICA ............................................. 30
FIGURA 22 – ALIMENTAÇÃO SEMI-AUTOMÁTICA – RAMPA DE ALIMENTAÇÃO......................... 31
FIGURA 23 – CILINDROS PNEUMÁTICOS BÁSICOS ........................................................................ 33
FIGURA 24 – ATUADOR DE SIMPLES AÇÃO COM RETORNO POR MOLA.................................... 34
FIGURA 25 – VÁLVULA ELETROPNEUMÁTICA 3 VIAS E 2 ESTADOS (3/2) SIMPLES AÇÃO ....... 34
FIGURA 26 – CORTINA DE LUZ .......................................................................................................... 38
iii
FIGURA 27 – FEIXE DA CORTINA DE LUZ......................................................................................... 39
FIGURA 28 – COMANDO BIMANUAL.................................................................................................. 39
FIGURA 29 – CHAVE SELETORA DE POSIÇÕES ............................................................................. 40
FIGURA 30 – DISPOSITIVO DE PARADA DE EMERGÊNCIA............................................................ 40
FIGURA 31 – PEDAL DE ACIONAMENTO .......................................................................................... 41
FIGURA 32 – PROTEÇÕES FIXAS ...................................................................................................... 42
FIGURA 33 – CHAVE DE SEGURANÇA APLICADA A PROTEÇÃO FIXA ......................................... 42
FIGURA 34 – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)...................................................... 43
FIGURA 35 – APLICAÇÃO DO CLP ..................................................................................................... 46
FIGURA 36 – FLUXOGRAMA DA SEQÜÊNCIA LÓGICA DE FUNCIONAMENTO............................. 47
FIGURA 37 – POSICIONAMENTO DA CORTINA DE LUZ .................................................................. 48
FIGURA 38 – INDICAÇÃO DAS PROTEÇÕES FIXAS ........................................................................ 49
FIGURA 39 – MECANISMO DE TRANSMISSAO DE MOVIMENTO ................................................... 50
FIGURA 40 – ACIONAMENTO POR ALAVANCAS (PEDAL MECÂNICO).......................................... 51
FIGURA 41 – ESQUEMA DO SISTEMA PNEUMÁTICO...................................................................... 52
FIGURA 42 – PROPOSTA DE MODIFICAÇÃO NO ACIONAMENTO ................................................. 53
FIGURA 43 – ANTEPARO EM DETALHES PARA FABRICAÇÃO ...................................................... 54
FIGURA 44 – POSIÇÃO DO RECORTE NA LATERAL PARA ADAPTAÇÃO ..................................... 54
FIGURA 45 – BIELA EM CORTE .......................................................................................................... 55
FIGURA 46 – VOLANTE DE REGULAGEM DE ALTURA.................................................................... 55
FIGURA 47 – POSIÇÃO INICIAL DO CILÍNDRO SIMPLES AÇÃO COM HASTE PASSANTE .......... 56
FIGURA 48 – CILÍNDRO SIMPLES AÇÃO COM HASTE PASSANTE ATUADO ................................ 57
iv
RESUMO
O propósito deste trabalho é buscar uma solução viável para adequação de prensas
mecânicas excêntricas do tipo dobradeira aos requisitos de segurança vigentes,
prescritos pelo Programa de Prevenção de Riscos em Prensas e Similares (PPRPS).
Visa proteger a vida dos operadores no exercício de suas atividades e assegurar
uma sobrevida a este tipo de prensa, pois apesar de apresentar risco iminente de
acidentes ao operador, é grande o número de unidades atualmente em atividade em
todo o território brasileiro. O enfoque deste trabalho está na análise do sistema
mecânico deste tipo de prensa em questão, e na proposição de solução que
satisfaça aos interesses de prevenção de acidentes, no caso a inserção de um
cilindro simples ação com haste passante no acionamento do sistema
freio/embreagem. Expõem-se ainda as proteções fixas e as demais proteções
necessárias e obrigatórias. Foram reunidas informações quanto às características
das prensas mecânicas excêntricas em geral e das prensas dobradeiras mecânicas.
Foram pesquisados os sistemas de segurança e os métodos de proteção de
máquina utilizados para evitar acidentes de trabalho. Baseado no levantamento de
dados realizado, foram relacionados e dimensionados os componentes de
segurança que são necessários à prensa, objeto deste estudo, visando atender da
melhor forma os requisitos de segurança, bem como as alterações que se fizeram
necessárias no processo de operação da máquina. Relevante é também a
constatação bibliográfica de que o comando bimanual utilizado para o acionamento
não é suficiente para a garantia da segurança.
v
1 INTRODUÇÃO
No parque industrial brasileiro ainda ocorre à utilização de prensas
mecânicas com mecanismo de acionamento excêntrico que oferecem riscos à
segurança do operador, com alta incidência de acidentes de trabalho que atingem os
membros superiores dos trabalhadores. Existem tantas possibilidades de acidentes
de trabalho quanto são os diferentes tipos de máquinas utilizados nas empresas e,
em relação a isso, uma regra que não pode ser esquecida é a de que qualquer parte
ou modo de funcionamento de uma máquina, que pode causar dano ao operador ou
a outras pessoas, precisa ser neutralizado. Em outras palavras, quando a operação
de uma máquina pode ferir alguém, o perigo que ela representa precisa ser
controlado ou eliminado. As prensas mecânicas com mecanismo de acionamento
excêntrico possuem as vantagens de serem rápidas (boa produtividade), de baixo
custo de manutenção (baixo desgaste natural das peças) e que dificilmente
apresentam problemas de funcionamento, atendendo perfeitamente a aplicação a
que se destinam. No entanto, o risco iminente de acidentes ao operador que
apresentam é fator grave que torna inadmissível a continuidade de seu uso quando
desprovidas das proteções necessárias para evitar os acidentes.
O motivo da realização deste projeto deve-se a um caso real ocorrido em
uma empresa metalúrgica localizada na região metropolitana da cidade de Curitiba,
no estado do Paraná, na qual se emprega a utilização de prensa dobradeira
mecânica excêntrica para dobra de chapas de aço carbono. Após fiscalização
realizada pelo Ministério do Trabalho, baseada na Nota Técnica 37/2004, a empresa
foi notificada pelo fato dos equipamentos em utilização encontrarem-se desprovidos
de proteções aos operadores.
Este trabalho visa buscar soluções para adequar os equipamentos no prazo
estabelecido na notificação de forma a garantir que este tipo de equipamento entre
em operação adequada, de forma segura, evitando acidentes para o operador. Para
atingir este objetivo, é necessário que uma transformação completa seja feita no
equipamento, conhecida por retrofitting, que seria um processo de modernização do
sistema de funcionamento, evitando o sucateamento da máquina e migrando de
uma situação de risco para uma situação segura de trabalho. Assim este trabalho
2
não se trata apenas de um simples orçamento, pois não se dispõe de informações
do fabricante do que efetivamente precisa ser feito na máquina para obtenção da
licença de funcionamento mediante aprovação pelo órgão competente, sendo
necessário para tanto planejar e estruturar as necessidades buscando adequar as
máquinas à segurança.
Um fato relevante a ser considerado é o de que não há interesse por parte
do fabricante por realizar este tipo de serviço de adequação do equipamento por se
tratar de uma oportunidade para o fabricante incrementar a venda de máquinas
novas. Indício disto é o fato da proposta apresentada pelo fabricante para a
realização do retrofitting ser de valor superior ao próprio valor de mercado da
máquina usada, segundo avaliação recente. O preço proposto para a realização do
retrofitting é de aproximadamente R$ 70.000,00 sendo que a máquina usada foi
avaliada em R$ 30.000,00. Além destes fatores, uma consideração importante
evidenciada pelo fabricante é em relação ao longo prazo para a execução deste
serviço, algo em torno de dois meses, e também a necessidade de transportar a
máquina até a fábrica, o que gera ainda mais custos, além dos custos de máquina
parada, sem produção.
O objetivo geral deste trabalho é buscar uma solução apropriada e viável
para resolver o problema apresentado e assegurar uma sobrevida a este tipo de
máquina (prensa dobradeira mecânica), de relevância justificada devido ao grande
número de unidades atualmente em funcionamento em todo o território brasileiro.
São objetivos específicos adquirir conhecimento de prensas em geral para
entendimento do contexto, entender o princípio de funcionamento para tirar
conclusões com embasamento, a respeito da realização do retrofitting no tipo de
prensa estudado, através de informações sucintas indicadas pelo fabricante da
máquina referente à proposta para tal adequação. Com o estudo destes fatores
pretende-se obter uma solução alternativa que contemple todas as exigências
previstas. Um estudo de custo-benefício também será apresentado para avaliar a
opção por sucatar a máquina, optar pela aquisição de uma máquina nova que já
contemple todos os dispositivos de segurança, ou transformar a máquina existente,
de forma a instalar todos os dispositivos obrigatórios de proteção em perfeito
funcionamento, de forma rápida e eficiente.
3
O enfoque deste trabalho limita-se à análise do sistema mecânico das
prensas e dos equipamentos similares do tipo mecânicos, para buscar o
entendimento do funcionamento e assim concluir a respeito da viabilidade técnica da
realização da adequação em um equipamento do tipo dobradeira mecânica, através
de um estudo de caso. No entanto, a adequação deste tipo de máquina não é um
procedimento simples. Não basta somente adquirir os componentes e instalá-los
para colocar o equipamento em funcionamento. Como exemplo, pode-se citar o
acionamento bimanual: o sistema de acionamento existente na prensa do tipo
dobradeira mecânica é através de pedal mecânico e este sistema está proibido,
conforme o PPRPS. Sendo assim, torna-se necessário que todo o mecanismo
envolvido seja revisto e devidamente adequado com uma diferente concepção.
Portanto, serão estudados os componentes mecânicos relevantes nas seções
subseqüentes deste trabalho. Dentre os tipos de prensas existentes, para efeito
deste projeto, serão tratadas somente as prensas do tipo mecânicas, devido às
limitações técnicas encontradas neste tipo de equipamento quanto à necessidade de
inversão do sentido de funcionamento.
A estrutura do trabalho está organizada no levantamento de informações a
respeito das normas técnicas brasileiras e ao Programa de Prevenção de Riscos em
Prensas e Similares (PPRPS), que reúne as normas estabelecidas para garantir a
integridade física do trabalhador, tendo sido elaborado em convenção coletiva por
empregados e empregadores, em conjunto com o governo e com a participação dos
principais sindicatos nacionais, estaduais e municipais. A seguir foram reunidas
informações quanto às características das prensas mecânicas excêntricas em geral
e das prensas dobradeiras mecânicas. Foram pesquisados os sistemas de
segurança e os métodos de proteção de máquina utilizados para evitar acidentes de
trabalho. Baseado no levantamento de dados realizado, foram relacionados e
dimensionados os componentes de segurança que são necessários à prensa, objeto
deste estudo, visando atender da melhor forma os requisitos de segurança, bem
como as alterações que se fizeram necessárias no processo de operação da
máquina.
4
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A Nota Técnica (NT 37/2004), publicada pelo Ministério do Trabalho, teve
como base a convenção coletiva, que estabeleceu uma série de requisitos para a
utilização por parte das empresas de prensas e equipamentos similares conhecida
por PPRPS, e segundo as disposições contidas neste documento, as prensas e
equipamentos similares somente serão aceitos e poderão operar, se dispuserem de
um conjunto de dispositivos de segurança, que compreendem:
• A possibilidade da pronta paralisação de seu movimento uma vez
acionada a parada de emergência;
• Sistemas adequados de arranque e parada;
• E também garantia de que os trabalhadores não possam ter acesso com
dedos ou mãos à área de prensagem, através da instalação de barreiras
fixas ou móveis, dotadas de chaves de segurança adequadas ao risco,
intertravadas de modo que a remoção destas proteções não permita o
funcionamento da máquina.
Por sua vez, o PPRPS tem como referências uma relação de Normas
Técnicas Brasileiras (NBR) e Normas Regulamentadoras (NR) (vide documentos
consultados), que devem ser atendidas por todos os fabricantes e usuários destes
tipos de equipamentos. Por existir risco de danos pessoais em caso de falha de
algum dos dispositivos de segurança, todos eles deverão obedecer a NBR 14009,
ou seja, serem do tipo categoria 4 (quatro), os quais têm como característica a
redundância das funções de segurança ou o acionamento positivo dos contatos.
Assim, em caso de falha do próprio dispositivo, ocorre a paralisação do
equipamento.
Com a vigência do PPRPS a partir de abril de 2006, torna-se necessário
uma avaliação técnica-econômica criteriosa de cada equipamento e de seu
ferramental, pois para muitas operações pode-se tornar economicamente mais viável
o sucateamento daquelas máquinas mais antigas ou inadequadas às condições de
segurança exigidas. A nota técnica, em sua íntegra, está disponível na página de
internet do Ministério do Trabalho e Emprego, www.mte.gov.br, na parte referente à
Saúde e Segurança do Trabalho.
5
Para a análise da adequação em específico da prensa dobradeira mecânica,
faz-se necessária a pesquisa dos tipos de prensas existentes que dispõem do
mecanismo do tipo excêntrico, para então relacionar as medidas a serem tomadas
de forma a cumprir satisfatoriamente a exigência do PPRPS. Dentre as exigências
do PPRPS tem-se a realização de um projeto mecânico elaborado por profissional
legalmente habilitado, acompanhado de Anotação de Responsabilidade Técnica
(ART) mediante registro junto ao Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura. E
para a aprovação deste projeto mecânico deve ser previsto o memorial de cálculo de
dimensionamento dos componentes, especificação dos materiais empregados e
também o memorial descritivo de todos os componentes. Sendo assim o problema
principal envolve os componentes a serem empregados e para definição destes
componentes, a alternativa a ser apresentada deve conter todos os mecanismos de
funcionamento envolvidos previstos neste projeto.
2.1 PRENSAS
As prensas são máquinas ferramentas em que o material em forma de placa
ou chapa plana é trabalhado sob operações de conformação ou corte para obtenção
de peças que são empregadas por exemplo na fabricação de equipamentos e de
veículos automotores. Nas prensas são acoplados diversos tipos de ferramental com
a finalidade de conformar, moldar, cortar, furar, cunhar, vazar e outras operações,
sendo necessário o emprego de ferramental específico (estampos) para cada
processo descrito. Como exemplo, a figura 1 mostra uma peça estampada.
6
FIGURA 1 – PEÇA AUTOMOTIVA CONFORMADA EM PRENSA
FONTE: PARKER, 2004
As prensas podem ser divididas em três tipos conforme o princípio de
transmissão de força, que seriam as mecânicas, hidráulicas e pneumáticas.
Portanto, há uma grande diversidade de prensas, que variam quanto ao tipo,
modelo, tamanho e capacidade de aplicação de força ou velocidade. No mercado,
encontram-se prensas com capacidade de carga desde poucos quilos até prensas
de mais de 50.000 toneladas de força.
No parque industrial brasileiro, a maioria das prensas é mecânica do tipo
excêntrica, sendo este tipo de equipamento, considerado o mais perigoso e
inseguro, o foco deste projeto.
2.1.1 Prensas mecânicas excêntricas
A prensa mecânica representa um equipamento essencial para o trabalho à
frio de metais, principalmente na indústria de transformação, e são especialmente
destinadas para atividades de côncavar com pouca profundidade, puncionar, dobrar
e arquear.
Nas prensas mecânicas existe sempre um martelo, cujo movimento é
proveniente de um sistema mecânico (em que o movimento rotativo é transformado
em linear por meio de um sistema de bielas, manivelas ou fusos).
7
Com o intuito de permitir um melhor entendimento da descrição da prensa
mecânica e de seus sistemas de proteção, é de interesse apresentar algumas
definições dos termos que serão utilizados além dos elementos básicos indicados na
figura 2.
FIGURA 2 – ELEMENTOS BÁSICOS DE UMA PRENSA
FONTE: SENAI
O martelo, também chamado de prensador, é a parte da máquina que se
move na estrutura e é onde se fixa o estampo para proporcionar ou realizar o
trabalho de conformação da peça mediante aplicação da força sobre o material
empregado. A cadeia cinemática é o conjunto de todas as peças que geram o
movimento para ser aplicado no martelo, sendo que as peças principais são as
engrenagens, eixos, guias, correias e também o volante, que é acionado por um
motor elétrico, e que apresenta movimento giratório e é responsável pelo meio
utilizado nas prensas mecânicas para o “armazenamento” de energia, que por sua
vez, será transmitida ao sistema eixo-martelo por intermédio do sistema de
embreagem. A biela é a peça que faz a conexão entre o eixo excêntrico e o martelo.
Estas peças citadas serão devidamente destacadas na prensa em estudo.
A embreagem corresponde à parte da prensa que acopla ou transmite o
torque do volante para o eixo responsável pela movimentação do martelo. A zona de
prensagem ou curso representa a distância percorrida pelo martelo na estrutura da
máquina. É o espaço entre o martelo e a mesa da prensa, onde se coloca o
ferramental e onde o martelo aplica a força. Este elemento também é conhecido por
“boca de leão” entre os operadores, termo que demonstra o risco envolvido na
operação, área onde o operador deve concentrar toda a sua atenção para realizar o
8
seu trabalho ou atividade. A mesa da prensa é destinada a abrigar através de
ranhuras para a fixação, a matriz inferior da ferramenta, sendo a ferramenta um
conjunto que compreende duas matrizes, inferior e superior, as quais conferem à
peça a forma final pretendida. Geralmente a estrutura da prensa é confeccionada em
ferro fundido, aço fundido ou em chapa de aço soldada. O acionamento das prensas
pode ser feito por pedais, botoeiras simples, por comando bimanual ou por
acionamento contínuo.
Uma característica marcante nas prensas mecânicas é o seu tipo de
acionamento. Em grande parte, o acionamento se dá por intermédio de pedal, a
conjunção entre este tipo de acionamento e a ferramenta totalmente aberta, onde
seja possível o ingresso das mãos do trabalhador, ou parte delas, na região de ação
do martelo, constitui-se como um grande e expressivo risco de acidentes.
Usualmente, as prensas mecânicas são denominadas excêntricas devido ao
eixo e ao emprego de bielas. Esta nomenclatura indica o tipo de transmissão que é
empregado para provocar o golpe do martelo. No caso, a transmissão de movimento
e força entre o volante e o martelo se processa através de um eixo excêntrico,
exemplificado na figura 3. Esta transmissão pode se dar por meio de um eixomanivela (virabrequim), ou ainda por outras configurações como por alavanca, pelo
sistema de transmissão fricção-parafuso e automáticas.
FIGURA 3 – EIXO EXCÊNTRICO
FONTE: SIMEC
Também é interessante e importante destacar que, segundo a divisão que
se fundamenta no tipo de embreagem empregado, existem duas classificações de
maior importância:
•
Prensas mecânicas excêntricas de engate por chaveta,
•
Prensas mecânicas excêntricas com freio/embreagem.
9
Nas prensas mecânicas de engate por chaveta, as embreagens chamadas
de chave-positiva, rígida ou chaveta, também denominada de revolução completa,
são montadas diretamente e sempre no virabrequim ou no eixo excêntrico através
de um rebaixo, conforme identificado na figura 4, sendo que seu maior emprego é
nas prensas mais rápidas e de menor porte, até 150 toneladas.
FIGURA 4 – USINAGEM RASGO DA CHAVETA
FONTE: HERTZWAGOM
Nas prensas mecânicas excêntricas com freio/embreagem a embreagem é
do tipo freio-fricção ou revolução parcial, em que o torque transmitido se processa
através do contato direto entre o volante e o virabrequim por um elemento de fricção
(ver figura 5). Os freios que interrompem a trajetória do martelo em seu curso são
aplicados somente neste tipo de embreagem, sendo que este é justamente o tipo de
embreagem encontrado na prensa dobradeira mecânica, objeto deste estudo.
FIGURA 5 – ELEMENTO DE FRICÇÃO
FONTE: OS AUTORES
10
As prensas excêntricas têm uma capacidade nominal de operação, sendo
assim as aplicações devem ser previstas levando-se em conta a quantidade de
toneladas para executar uma peça. Os equipamentos que trabalham sem levar em
conta a capacidade nominal de operação podem operar com sobrecarga, portanto,
em situação irregular de trabalho. A dificuldade do cálculo da força aplicada é
conseqüência da disposição física do conjunto eixo excêntrico e conjunto
biela/martelo.
Uma situação de sobrecarga no uso da prensa pode ocasionar acidentes
que podem ir da simples quebra de uma biela até a ruptura da estrutura. Além das
perdas materiais, a sobrecarga pode provocar acidentes com os operadores, pois as
partes da máquina que se rompem podem atingi-los, com conseqüências
imprevisíveis.
A sobrecarga ocorre quando a execução do trabalho de uma capacidade
maior do que a prensa pode oferecer. O operador poderá sobrecarregar a prensa
quando efetua uma regulagem muito baixa do martelo, portanto é necessária
atenção especial na regulagem da atura do martelo.
A força resultante (F) sobre o martelo é função do torque (T) disponível no
eixo excêntrico e de sua posição em relação à linha central de força (L), conforme
indicado na figura 6, que representa o movimento desprendido pela biela. A força
resultante é uma força variável em relação à posição do eixo que muitas vezes é
maior que a força nominal que a máquina foi projetada para suportar.
Matematicamente, é possível aplicar uma força infinita numa prensa excêntrica, isto
ocorre quando a posição do eixo excêntrico está sobre a linha central da aplicação
da força (L=0), desta forma a força resultante tende ao infinito. Na prática, a
aplicação de uma força infinita só não é possível porque um ou mais componentes
da prensa irá se romper.
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FIGURA 6 – FORÇA VARIÁVEL NO MECANISMO EXCÊNTRICO
MOVIMENTO
CIRCULAR DO
EIXO EXCÊNTRICO
BIELA
MOVIMENTO
LINEAR DO
MARTELO
FONTE: OS AUTORES
Ainda em relação à figura 6, quanto ao ciclo desenvolvido pela biela ligada
ao eixo excêntrico, no ponto morto superior (PMS) o martelo permanece parado
enquanto não se der o acionamento da prensa, e a abertura da zona de prensagem
apresenta seu curso útil máximo. Ao acionar a prensa, inicia-se o movimento de
descida do martelo até o ponto morto inferior (PMI) e de subida até retornar ao ponto
morto superior (PMS), de forma a completar o ciclo. Na prensa excêntrica de engate
por chaveta, uma vez iniciado o movimento, o ciclo se completa sem que se possa
interromper e, na prensa excêntrica de freio/embreagem, o movimento é
interrompido pela ação do freio.
As prensas excêntricas são projetadas para proporcionar capacidade
nominal quando a trajetória do centro da biela se encontra a um ângulo beta igual a
trinta graus (β = 30°) do ponto morto inferior (PMI) conforme indicado na figura 7. É
preciso conhecer o trabalho efetuado no final do curso pois o operador pode
sobrecarregar, sem perceber, todos os componentes da máquina, uma vez que a
prensa tem em seu volante, energia suficiente para proporcionar uma força efetiva
no martelo muitas vezes superior à sua capacidade.
Formatado: Fonte: (Padrão)
Arial, 9 pt
Arial, 9 pt
Arial, 9 pt
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FIGURA 7 – FORÇA NOMINAL DE PROJETO
FONTE: OS AUTORES
O cálculo da força exata necessária para a execução de um trabalho não é
simples, principalmente em estampos (matrizes) complexos. É difícil reunir, na
prática, as condições ideais da prensa e da ferramenta e ainda confiar na
uniformidade e qualidade do material utilizado.
A maneira mais apropriada de trabalho é adotar as prensas excêntricas com
indicadores de carga ou força. Estes instrumentos mostram a força real aplicada
durante a operação de prensagem e normalmente oferecem condições de
supervisão e controle que permitem interromper o funcionamento da prensa quando
se ultrapassa o limite permitido de força. A figura 8 mostra um exemplo de
instrumento de medição. Vale ressaltar que este tipo de instrumento normalmente é
oferecido nas versões mais modernas de prensas, principalmente em modelos
hidráulicos.
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FIGURA 8 – INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO
FONTE: SENAI
Uma prensa não deve ser usada em sua capacidade limite, é recomendável
usar 70% da capacidade plena da máquina. Se a velocidade exigida para a
realização do trabalho for acima de 400 golpes por minuto (gpm), o mais
recomendável é utilizar 50% da capacidade plena para garantir as tolerâncias
dimensionais do conjunto.
Quando a ferramenta está fechada no seu limite e o martelo da prensa ainda
continua em seu curso descendente, o corpo da máquina flexionará e o eixo sofrerá
uma torção adicional. Assim que o ponto for ultrapassado, ocorrerá o fenômeno
efeito mola (contragolpe), atirando o martelo para cima, enquanto o corpo volta ao
seu estado original. O forte contragolpe atinge o eixo, engrenagens e chavetas. Há
uma intensificação deste efeito em máquinas com longo tempo de uso, que
conseqüentemente possuem folgas maiores, aumentando a probabilidade de causar
acidentes.
É possível aumentar a produtividade da prensa excêntrica ao aumentar a
rotação do volante, pois quanto mais golpes, conseguem-se mais peças por minuto,
porém o sistema de armazenamento de energia é no volante de inércia e ao
aumentar a rotação do volante, ocorre uma alteração completa das características
do projeto inicial da máquina.
Observa-se na figura 9, a indicação da energia (e) disponível no volante, que
é a massa da coroa (m) deste volante, multiplicado pela velocidade periférica da
coroa (Vp) elevada ao quadrado. Ou seja, ao aumentar a velocidade do volante,
aumenta-se sua capacidade de armazenamento de energia ao quadrado. Cabe ao
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fabricante da prensa determinar quais as velocidades mínimas e máximas da prensa
e, ao usuário, obedecer às especificações.
FIGURA 9 – MOVIMENTO DO VOLANTE
FONTE: SENAI
Quando a energia disponível na cadeia cinemática de uma prensa supera a
capacidade de resistência mecânica dos diferentes elementos do conjunto, ocorrem
danos ao equipamento, como o rompimento do eixo, do martelo, da biela e de
outros elementos.
Devido à construção e projeto obsoletos, as prensas mecânicas excêntricas
com embreagem rígida ou a chaveta apresentam significativas falhas mecânicas que
podem elevar substancialmente o risco de acidentes, tanto que estas máquinas não
são mais produzidas na Europa. Uma destas falhas importantes, chamada
popularmente como repique, cria um momento especial de risco de acidentes
graves. Esse mau funcionamento pode ocorrer basicamente por duas razões, uma
delas seria após ter efetuado uma volta (ciclo), a chaveta não encontra a lingüeta, e
ocorre então uma nova volta, portanto se trata do golpe redobrado imediato. A outra
razão se refere à escora ou lingüeta, que retorna para sua posição desligada ou
desembreada com atraso, e ocorre a paralisação da chaveta, mas em posição
precária ou instável e, desse modo, pode então retomar novo ciclo sem ter havido
imposição do mecanismo de acionamento.
Este último caso representa o mais inesperado. Portanto, é o que oferece o
maior risco de acidentes. Outro ponto que deve ser destacado como integrante da
formação do golpe redobrado ou repique é relacionado com a ruptura das chavetas.
Este elemento da máquina está normalmente submetido a diversos esforços, além
15
da natureza da operação, que pode alcançar 8.000 ciclos/dia. Portanto, a fadiga é a
principal causa de sua ruptura.
As prensas com freio/embreagem, embora existentes em menor número,
visto que as prensas com embreagem à chaveta são as que detém a maior
predominância nos ambientes de trabalho, também devem ser alvo de análise. Estas
máquinas com este tipo de embreagem também são denominadas como prensas
com embreagem de revolução parcial. Como exposto anteriormente, a embreagem
tem a função de transmitir a energia armazenada no volante para o eixo da máquina,
com o fim de acionar o golpe. Em relação às prensas com freio/embreagem, elas
têm uma característica importante no que se refere à segurança. Isto se deve ao fato
de que o disco da embreagem permanece sob pressão durante todo o tempo de
ação do martelo. Quando esta pressão é liberada, ou seja, quando o trabalhador
libera o controle bimanual, o martelo pára e estaciona nesta posição.
2.1.2 Prensa dobradeira mecânica
No caso da prensa dobradeira mecânica em análise, de uma metalúrgica
sediada na região metropolitana de Curitiba, os elementos básicos estão
identificados na figura 10.
FIGURA 10 – PRENSA DOBRADEIRA MECÂNICA
FONTE: OS AUTORES
16
A dobradeira estudada possui capacidade de força Média, visto que
desenvolve até 75 toneladas de força. Trata-se de uma prensa mecânica excêntrica,
com sistema de freio/embreagem. Sua capacidade de dobra é adequada para
chapas de aço carbono de espessura máxima de até 6,3 mm e comprimento máximo
de 3 m.
O fenômeno dobra é dado pela ação de um conjunto de ferramentas
denominado punção e matriz, que interagem em uma chapa posicionada entre
ambas. A matriz é estática e o punção movimenta-se alternadamente solidário a um
componente denominado prensador, ambos identificados na figura 11.
FIGURA 11 – DETALHE DO PRENSADOR, PUNÇÃO E MATRIZ.
FONTE: OS AUTORES
O movimento do prensador é transmitido por um conjunto de bielas que
recebem movimento rotativo de um eixo ligado a um redutor por intermédio de
engrenagens, identificados na figura 12 e 13.
17
FIGURA 12 – MOVIMENTO DO PRENSADOR
EIXO
EXCÊNTRICO
MOVIMENTO
ROTATIVO
BIELA
ESQUERDA
MOVIMENTO LINEAR
PRENSADOR OU MARTELO
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 13 – VISTA SUPERIOR MECANISMO DE TRANSMISSÃO DE MOVIMENTO
EIXO
REDUTOR
EIXO
VOLANTE
E FREIO
EIXO
VOLANTE
E FREIO
BIELA
VOLANTE
FRICÇÃO
VOLANTE
BIELAS
FREIO
(DISCO)
REDUTOR
FREIO
ENGRENAGEM
REDUTOR
ENGRENAGEM
EIXO
REDUTOR
EIXO
EXCÊNTRICO
EIXO
EXCÊNTRICO
FONTE: OS AUTORES
A operação executada nesta prensa dobradeira é a dobra de perfis
metálicos. Para a execução desta operação, são necessários dois operadores para
alimentar e retirar as peças, devido ao tamanho das peças trabalhadas.
18
Para que a dobra seja executada exige-se certa quantidade de energia
(força) aplicada ao punção, mensurada em função das propriedades mecânicas do
material a ser dobrado, além da espessura, comprimento e largura do canal da
matriz que limita o tamanho mínimo da aba a ser obtido na dobra. A força a ser
empregada é gerada por um volante que gira com rotação e sentido constante,
alimentado por um motor elétrico e é transmitido ao redutor através do acoplamento
da embreagem no volante. Este mecanismo está indicado na figura 14.
FIGURA 14 – MOTOR ELÉTRICO, VOLANTE E FRICÇÃO
MOTOR
ELÉTRICO
VOLANTE
VOLANTE
EMBREAGEM
OU FRICÇÃO
FONTE: OS AUTORES
A fricção transmite o movimento pelo atrito de componentes internos que são
acionados no momento em que se quer executar a dobra.
O acionamento da prensa é realizado por um dos operadores com um dos
pés através de um pedal mecânico (ver figura 15), que é composto por alavancas
(ver figura 16). O acionamento da fricção ocorre ao pisar no pedal, dando início ao
movimento do punção, sendo que no mesmo momento é desativado um dispositivo
de frenagem que impede o movimento involuntário do conjunto sem que haja ação
do operador, conforme figura 17.
19
FIGURA 15 – PEDAL MECÂNICO
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 16 – ALAVANCA
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 17 – SISTEMA DE FRENAGEM ACIONADO POR ALAVANCAS
FONTE: OS AUTORES
20
Ao liberar o pedal, a fricção é desacoplada e o conjunto de frenagem é
acionado por ação de molas e cessa o movimento do prensador quase que
instantaneamente, independente de sua posição. Ao manter o pedal mecânico
acionado, a prensa completa o ciclo de trabalho, conforme figura 18, e atinge o
ponto morto superior (PMS), estando pronta para iniciar um novo ciclo.
FIGURA 18 – CICLO DE TRABALHO
FONTE: OS AUTORES
2.2 SISTEMAS DE SEGURANÇA APLICADOS A PRENSAS
Em relação aos sistemas de segurança aplicados a prensas, para cada
dispositivo envolvido na adequação se faz necessário rever como estão sendo
empregados nas prensas e se seu emprego produz ou não resultados favoráveis.
21
Em se tratando do comando bimanual, este tipo de dispositivo não deve ser
classificado como dispositivo de proteção para este tipo de prensa mecânica
excêntrica, pois este mecanismo ainda oferece riscos consideráveis, como no caso
de falha mecânica no equipamento, como o golpe repetido do martelo, por exemplo.
Conforme investigação realizada por Gonzalez (1978) citado por SILVA
(1995), foram estudados 221 acidentes com prensas na comunidade Basca, na
Espanha. Em 26% do total de acidentes, o comando bimanual estava presente,
levando o autor a suspeitar da eficiência deste tipo de comando.
A utilização de proteções, caracterizadas por maior simplicidade, são de
relativamente de fácil execução, constituindo medida rápida que pode ser tomada
para amenizar o risco de acidentes.
As proteções se dividem em fixas e móveis:
• Fixas: Visam à cobertura de complementação da proteção principal que
envolve a área da ferramenta ou a região de trabalho, e somente pode ser
removida com o auxílio de ferramentas. Pode ser construída de chapa de
metal, tela, tecido de arame, barras, plástico ou qualquer outro material
resistente o bastante para suportar qualquer impacto que possa receber,
garantindo uso prolongado.
• Móveis: Possuem uma subdivisão, em manuais e automáticos. Os
manuais são utilizados para cobrir a região principal nas prensas, durante
o movimento do martelo, sendo especialmente importante quando as
prensas mecânicas não apresentarem possibilidade de frenagem. Quanto
aos automáticos, estes são aplicados tanto para os trabalhos nos quais é
necessário comando por parte do trabalhador ("golpe por golpe"), como
para os realizados continuamente. Assim como nas proteções manuais, o
funcionamento da máquina está associado à posição do protetor móvel, o
que implica que a máquina somente deve ser operada se o protetor se
encontrar na posição devidamente fechada, pois caso haja deficiência em
seu fechamento, o movimento da prensa será interrompido somente no
final do ciclo, no ponto morto superior, PMS. Durante este, os protetores
móveis não podem ser abertos, pois se encontram bloqueados, por
exemplo, por uma válvula piloto mecânica.
22
Segundo Adam & Mougeot (1990) citado por SILVA (1995), outra alternativa
complementar de proteção e prevenção são as ferramentas fechadas, pois existe
uma deficiência comum entre as prensas mecânicas quanto ao
comando
inesperado do acionamento do motor, podendo gerar relevantes riscos de acidentes
se ela se encontrar em posição embreada na parada. Este tipo de proteção consiste
num invólucro metálico não possibilita qualquer outro acesso a não ser abrigar a
peça a ser trabalhada. Estas ferramentas são empregadas em atividades de punção
e recorte.
De acordo com Garde citado por SILVA (1995), cerca de 19% dos acidentes
ocorridos na Suécia entre 1964 e 1970 com prensas mecânicas do tipo freio-fricção
estavam ligados a defeitos das máquinas no acoplamento, freio e controles. Ainda
segundo o autor citado, na Inglaterra o controle bimanual é proibido para as prensas
com qualquer tipo de embreagem. Enquanto que na Suécia, o controle bimanual era
aceito para prensas com revolução parcial (com embreagem à freio-fricção), sendo
que o regulamento vigente naquela época previa fosse realizada uma inspeção
anual nas máquinas, cuja inserção ou retirada de peças fosse manual.
Após a percepção da existência de riscos com a utilização de controles
simples (limites mecânicos atuados por came no eixo e válvulas de controle simples)
nas máquinas construídas antes de 1965, Garde cita que foram confeccionadas
normas na Suécia que impuseram o emprego de controles eletro-pneumáticos ou
eletro-hidráulicos, aumentando a segurança.
Quanto as questões de causalidade dos acidentes ocorridos referentes ao
modo de operação das prensas, tomando-se como base 414 casos com prensas à
freio-fricção, 242 estavam relacionados com comando à pedal (59%), 121 com
bimanual (29%) e 51 com alavanca (12%), conforme figura 19. Restringindo o olhar
para os eventos com comando bimanual, Garde observou que entre o total de 121
acidentes onde este comando foi utilizado, 75 estiveram associados com defeitos na
embreagem, freio ou controle.
23
FIGURA 19 – ACIDENTES E O MODO DE OPERAÇÃO DAS PRENSAS
12%
Pedal
29%
Bimanual
59%
Alavanca
FONTE: OS AUTORES
Para que os comandos bimanuais sejam adequados devem ter construção
rígida para não serem afetados por vibrações durante a operação da máquina, uma
vez que o ciclo somente deve ser iniciado com a atuação de ambas as mãos, não
permitindo o acionamento com os cotovelos. Devem cumprir também os
requerimentos básicos para distância de segurança, de forma que o tempo de
alcançar a zona de trabalho seja superior ao tempo de parada do martelo no
momento de acionamento do comando. Esta distância pode ser determinada pela
multiplicação do tempo total de parada da prensa pela velocidade de reação do
operador. Segundo a OSHA (Occupational Safety and Health Administration), esta
velocidade está padronizada em 1,6 m/s. Estas considerações são importantes
devido ao comando através de bimanual ser de uso obrigatório conforme previsto
pelo PPRPS.
Podem também serem aplicadas às prensas com embreagem à freio-fricção
os dispositivos de proteção eletro-óticos. No entanto, conforme salientado por
Garde, se faz
fundamental que o conjunto embreagem, freio e controle sejam
projetados e mantidos evitando assim a ocorrência de golpes repetidos.
Além disto, o feixe de luz ou a célula fotoelétrica não deve acionar o ciclo da
máquina, pois este somente pode se iniciar após o acionamento do botão de
controle. Após a interrupção de um ciclo, pela passagem pelo campo de ação da
célula fotoelétrica, este somente pode ser recomeçado após a atuação do botão.
Ainda segundo Garde, citado por SILVA (1995), as recomendações que
cercam o dispositivo de cortina de luz visam evitar a possibilidade de acesso residual
24
acima ou abaixo do feixe de luz, situação esta em que podem ocorrer acidentes. Por
esta razão, é recomendado que seja prevenido o acesso a estas regiões através da
cobertura destas. Assim como no caso do comando manual, também no caso da
cortina de luz é importante a utilização de distância segura de instalação do sistema,
entre o campo de luz e a região de risco, levando em conta a velocidade de acesso
das mãos do trabalhador.
Com a análise destas informações sobre a realidade das prensas à freiofricção, verifica-se que a prevenção de acidentes comporta uma série de variáveis
que devem ser controladas, como a embreagem, o comando e, principalmente o
desempenho de frenagem, não sendo permitidas falhas no momento em que há a
introdução das mãos do trabalhador à região de trabalho. O tempo de frenagem
deve ser inferior ao tempo necessário para ingresso das mãos do trabalhador à
região de ação do martelo. Desta forma, é importante que a empresa introduza
manutenção preventiva em suas máquinas, analisando periodicamente seus
equipamentos.
A vantagem da adequação do equipamento específico, prensa dobradeira
mecânica, está na continuidade do uso do equipamento existente através da
implementação das medidas necessárias para garantir a segurança do operador, de
forma a descartar a possibilidade de ter que necessariamente sucatar o
equipamento. Em contrapartida, a substituição por um equipamento novo sempre
traz benefícios como a melhoria da qualidade do serviço prestado, por exemplo. No
entanto, um equipamento novo demanda investimentos, os quais grande parte das
empresas não tem condições de fazer, de forma imediata. Para as empresas que
dispõe deste tipo de máquina, outro inconveniente é a desvalorização e a falta de
demanda na compra por este tipo de máquina.
O fabricante da máquina oferece serviço de retrofitting, assegurando
garantia e assessoria de segurança. Portanto, existe a viabilidade técnica. Um ponto
negativo está no custo elevado previsto pelo próprio fabricante para realizar a
adequação, que numa análise primária inviabiliza tal alternativa, pois o custo
apresentado pelo fabricante é maior do que o dobro do valor de mercado.
Cabe a este estudo verificar de que forma pode ser viabilizado tecnicamente
o retrofitting (pois isto não é divulgado pelo fabricante), e qual seria o custo da
solução encontrada.
25
2.3 MÉTODOS DE PROTEÇÃO DE MÁQUINA
A definição do modo de proteção a ser utilizado contra os riscos mecânicos
depende do tipo de operação, o tamanho ou forma de material, o método de
manipulação, o layout físico da área de trabalho e as exigências ou limitações da
produção. Os métodos de proteção de máquinas podem ser divididas em cinco
classificações gerais:
• Barreiras ou anteparos de proteção;
• Dispositivos de segurança;
• Isolamento ou separação pela distancia de segurança;
• Operações;
• Outros.
2.3.1 Barreiras ou anteparos de proteção
São quatro os tipos gerais de barreiras: proteção ou barreira fixa; proteção
ou barreira interligada; proteção ajustável e proteção auto-ajustável.
Devido à simplicidade e à permanência das barreiras fixas, estas são
normalmente preferíveis a todos os outros tipos de proteção (tabela 1). Barreiras
fixas construídas com material vazado, como grades e telas, devem ser projetadas,
construídas e posicionadas de forma a impedir que qualquer parte do corpo atinja a
área de perigo, conforme a Norma Brasileira NBR13928 (1997). É vantagem das
telas o fato de elas minimizarem o aquecimento dos componentes. As distâncias de
Segurança e aberturas devem obedecer a NBR13761 (1996). É recomendado que,
com o objetivo de evitar a remoção da proteção fixa, seja planejado um painel de
inspeção. As barreiras interligadas podem usar mecanismos de acionamento
elétricos, mecânicos, hidráulicos ou pneumáticos, ou qualquer combinação destes.
26
TABELA 1 – MÉTODOS DE SEGURANÇA COM PROTEÇÃO OU BARREIRA
MÉTODO
AÇÃO DE
SEGURANÇA
Proteção ou
Barreira
Fixa
Assegurar uma
barreira
Proteção ou
Barreira
Interligada
Bloqueia ou desliga
a energia e previne
a partida da
máquina quando a
proteção esta
aberta. Pode
assegurar a parada
da máquina antes
que o trabalhador
acesse a zona de
risco
VANTAGENS
Adapta-se a muitas
aplicações.
Pode ser concebida no
projeto
Assegura uma proteção
máxima
Usualmente requer um
mínimo de manutenção
Desejável em produção
elevada e operações
repetitivas
Assegura proteção máxima
Permite acesso a máquina
para a remoção de
obstáculos sem consumo
de tempo na remoção e
instalação de barreiras de
proteção
LIMITAÇÕES
Proteção
ajustável
Assegura uma
barreira que pode
ser ajustada para
facilitar uma
variedade de
operações de
produção
Pode ser construída para se
adaptar a muitas aplicações
especificas
Pode ser ajustada para
aceitar uma variedade de
tamanhos de material
Proteção
autoajustável
Assegura uma
barreira que move
de acordo com o
tamanho do material
que esta na zona de
risco
FONTE: GERECKE, 1998
Podem ser encontradas
avulsas para venda no
mercado
Pode Interferir na
visibilidade
Limitada a operações
especificas
Ajuste na máquina e
manutenções geralmente,
requerem a sua remoção,
necessitando de outras
medidas de segurança
para a manutenção.
Requer ajuste cuidadoso e
manutenção
Pode ser facilmente
anulada
Operador pode entrar na
zona de risco. A proteção
pode não ser completa em
todo momento
Pode requerer
manutenção e ajuste
constante
Pode ser anulada por um
operador
Pode interferir na
visibilidade
Nem sempre asseguram
uma proteção máxima
Podem interferir na
visibilidade
Podem requisitar ajustes e
manutenção freqüentes
27
2.3.2 Proteção com dispositivos
Há cinco tipos básicos de dispositivos de segurança, conforme resumido na
tabela 2.
TABELA 2 – MÉTODOS DE SEGURANÇA COM DISPOSITIVOS
MÉTODO
AÇÃO DE SEGURANÇA
VANTAGENS
LIMITAÇÕES
Possibilita
liberdade de
movimento ao
operador
Não protege contra falhas
mecânicas de máquina
Pode requerer constante
alinhamento e calibração
Vibração excessiva pode
causar obstrução de
filamentos e destruição
prematura.
Limitado a máquinas que
podem parar antes de
completar o ciclo.
Máquina não dá partida
quando o campo capacitor é
interrompido.
Ao acessar a zona de risco,
Capacitor de
radiofreqüência interrompe-se o campo
capacitor, acionando
imediatamente o sistema de
freio.
Possibilita
liberdade de
movimento ao
operador
Não protege contra falhas
mecânicas da máquina.
Sensibilidade da antena
deve ser adequadamente
ajustada.
Limitado às máquinas que
podem parar antes de
completar o ciclo
Barra de contato ou sonda
percorre uma distancia prédeterminada entre o corpo do
Eletromecânico operador e a área de risco,
interrupção deste movimento
impede a partida do ciclo da
máquina.
Barra de contato ou sonda
deve ser adequadamente
Possibilita o acesso
ajustada para cada
ao ponto de
aplicação.
operação.
Este ajuste deve ser
mantido apropriadamente.
Célula
Fotoelétrica
Arraste
Máquina não dá partida
quando o campo de luz é
interrompido
Ao acessar a zona de risco,
interrompe-se o feixe de luz,
acionando imediatamente o
sistema de freio.
Assim que a máquina começa
o ciclo, as mãos do operador
são puxadas para fora da
zona de risco.
Elimina a
necessidade de
barreiras auxiliares
ou outras
interferências na
zona de risco.
Limita e aprisiona os
movimentos do operador;
Pode obstruir o espaço de
trabalho ao redor do
operador;
Ajustes devem ser feitos
para cada operação e para
cada indivíduo;
Requer supervisão rigorosa
para uso do equipamento.
28
MÉTODO
AÇÃO DE SEGURANÇA
VANTAGENS
Barra ou vareta
de desengate
Para a máquina quando
acionada.
Apropriada como mecanismo
de parada de emergência
Simplicidade de
uso.
Controle
bimanual
Uso concorrentes das duas
mãos é requisitado
prevenindo o acesso do
operador na zona de risco
Assegura uma barreira entre
Porta / cancela área de risco e o operador ou
outras pessoas.
Mãos do operador
estão a uma
distância prédeterminada fora
da zona de risco
As mãos do
operador ficam
livres após que a
metade do ciclo é
completada
Pode prevenir o
acesso ou entrada
dentro da área de
risco.
LIMITAÇÕES
Todos os controles devem
ser acionados
manualmente;
Localização pode dificultar o
acionamento;
Protege somente o
operador
Pode necessitar de fixação
especial para o segurador
Pode necessitar de freio na
máquina.
Requer uma máquina de
ciclo parcial com freio
Alguns controles podem ser
anulados pelo braço ou
bloqueados, possibilitando o
acesso de uma mão na
zona de risco
Protege somente o
operador
Pode requerer fixação
especial
Pode ser danificado com
vibração da máquina.
Pode requisitar inspeção e
manutenção freqüente
Pode interferir na
visibilidade
Dentre os dispositivos sensores de posição existem o dispositivo fotoelétrico
(célula fotoelétrica), o dispositivo de presença por capacitor de rádio freqüência e o
dispositivo sensor eletromecânico, que interrompem o ciclo de trabalho quando um
trabalhador ingressa na zona de perigo.
O dispositivo fotoelétrico exige que a máquina tenha uma embreagem de
freio-fricção ou outro meio eficaz de freio para parar de modo imediato. A figura 20
mostra um dispositivo fotoelétrico de sensor de presença, usado em uma prensa
mecânica.
29
FIGURA 20 – DISPOSITIVO FOTOELÉTRICO SENSOR DE POSIÇÃO EM UMA PRENSA
MECÂNICA
O dispositivo de presença por capacitor de rádio-freqüência usa um feixe de
ondas eletromagnéticas que é parte do circuito de controle da máquina. Já o
dispositivo sensor eletromecânico tem uma sonda ou barra de contato que se
posiciona a uma distância predeterminada quando o operador inicia o ciclo de
máquina.
Dispositivos de arraste ou de restrição: são dispositivos que utilizam uma
série de cabos presos às mãos ou pulsos do operador. Possuem muita resistência
ao seu uso devido ao aprisionamento literal do trabalhador à máquina.
Dentre os métodos de controle de segurança existem a barra ou vareta de
desengate; o controle bimanual e a porta ou cancela. Todos estes dispositivos de
controle de segurança são ativados manualmente, e devem ser reajustados para
reiniciar manualmente a máquina.
Em uma situação de emergência há controles manuais que proporcionam
meios rápidos para desativar a máquina como as barras de pressão, barras de
impacto e cordas de impacto, que, quando ativados, irão desligar a máquina no caso
do operador ou qualquer pessoa tropeçar, perder o equilíbrio ou ser jogado para a
máquina. O posicionamento da barra é importante, pois deve parar a máquina antes
que uma parte do corpo alcance a área de perigo. Os cabos de segurança são
localizados próximos à área de risco e tem a função de parar a máquina, quando
30
acionados. O operador deve poder alcançar o cabo com qualquer mão para parar a
máquina.
Controles bimanuais requerem pressão simultânea e constante das duas
mãos do operador para acionar a máquina, até que termine o seu movimento de
risco. Quando instalado em prensas mecânicas à freio-fricção, estes controles usam
uma embreagem de ciclo parcial e um monitor de freio, como mostrado na figura 21.
Com este tipo de dispositivo, as mãos do operador são mantidas em uma
localização segura (em botões de controle) e a uma distância de segurança da área
de perigo, enquanto a máquina completa seu ciclo final.
FIGURA 21 – COMANDO BIMANUAL EM UMA PRENSA MECÂNICA
Portas são dispositivos de controle de segurança que freqüentemente são
projetadas para serem operadas com cada ciclo da máquina. Outra aplicação de
portas é o uso como um componente de sistema de segurança de um perímetro de
segurança onde as portas ou cancelas garantem a proteção para os operadores e
para o tráfego de pedestres.
2.3.3 Proteção pela localização ou pela distância
Consiste no posicionamento das partes móveis perigosas de modo que
estas áreas não sejam acessíveis ou não apresentem um perigo para o trabalhador
durante a operação normal da máquina. Isto pode ser obtido com paredes de
31
fechamento ou com cercas que impedem o acesso às máquinas. Outra possibilidade
é localizar as partes perigosas em local alto o bastante de modo a estar fora do
alcance de qualquer trabalhador (mais de 2,50m acima do piso ou plataforma).
2.3.4 Operação
As operações compreendem a alimentação e a extração de forma
automática ou semi-automática, conforme indicado.
Alimentação automática: reduz a exposição do operador durante o processo
de trabalho, pois geralmente não requer a intervenção do operador na zona de risco.
Alimentação semi-automática: a matéria-prima é alimentada por rampas,
pratos giratórios, gavetas e etc. A figura 22 mostra uma alimentação por rampa onde
cada peça é colocada manualmente, com zona de operação fechada. No entanto,
este tipo de proteção não pode ser empregado nas prensas dobradeiras porque a
área de alimentação precisa estar livre para a realização do movimento da dobra.
FIGURA 22 – ALIMENTAÇÃO SEMI-AUTOMÁTICA – RAMPA DE ALIMENTAÇÃO
`
Extração automática: pode empregar ar comprimido ou dispositivo mecânico
para remover a peça da prensa, podendo estar relacionada com os controles
operacionais para prevenir a operação da máquina até que a extração seja
concluída.
32
Extração Semi-automática: as peças são extraídas através de dispositivos
mecânicos, pela iniciativa do operador.
Robôs: realizam o trabalho feito pelo operador, sendo desejáveis em
operações com fatores altamente estressantes, como ruído e calor excessivos.
Robôs podem criar riscos adicionais, sendo necessário à instalação de proteções
específicas.
2.3.5 Outros Mecanismos auxiliares de proteção
Os mecanismos auxiliares podem proporcionar para os operadores uma
margem extra de segurança. Dentre estes tipos de mecanismos auxiliares de
proteção tem-se:
• Barreiras de advertência: servem somente para advertir os operadores
que eles estão se aproximando da área de perigo.
• Escudos: asseguram a proteção contra arremesso de partículas ou
cavacos, respingos de fluidos, de metal ou gotículas.
• Ferramentas manuais: auxiliam na alimentação e remoção de peças do
ponto de operação de uma máquina, como: alicates, pinças, ganchos
magnéticos.
• Alavancas de empurrão ou bloqueio: podem ser usados para alimentar
uma máquina, como uma serra de disco. Quando é necessária a
proximidade das mãos do disco, a alavanca de empurrão ou bloqueio
pode garantir uma margem de segurança ao operador.
A Manutenção preventiva e preditiva, além de aumentar o tempo de vida da
máquina, é fundamental para assegurar o correto funcionamento dos dispositivos de
segurança. A manutenção preventiva e preditiva pode assegurar que componentes
sejam substituídos antes da sua danificação, evitando assim a ocorrência de
acidentes. Um programa de manutenção voltado para a segurança das máquinas
deve ser documentado, contendo no mínimo informações como: data da revisão;
serviços e trocas efetuadas; recomendação de data para próxima revisão; nome e
assinatura dos responsáveis pelo serviço e autorização ou permissão para o
funcionamento da máquina.
33
2.4 SISTEMAS PNEUMÁTICOS
Sendo uma tecnologia que viabilizará as adequações, descrevem-se os
sistemas pneumáticos. Estes possuem custo significativamente menor em relação
aos sistemas hidráulicos. Seus custos operacionais são baixos e a manutenção,
fácil. Seus componentes são robustos, característica inerente aos controles
pneumáticos, que os torna relativamente insensíveis a vibrações e golpes,
permitindo que ações mecânicas do próprio processo sirvam de sinal para as
diversas seqüências de operação.
Como os sistemas pneumáticos envolvem sempre pressões menores que os
sistemas hidráulicos, tornam-se mais seguros contra possíveis acidentes envolvendo
pessoas e equipamentos.
O vazamento de ar comprimido não traz problemas à saúde das pessoas
nem ao meio-ambiente, diferente do vazamento de fluido hidráulico.
A implantação de sistemas pneumáticos nas máquinas convencionais exige
pequenas modificações e disponibilidade de ar comprimido.
As limitações dos sistemas pneumáticos estão diretamente relacionadas às
propriedades físicas do ar comprimido. São a dificuldade de obtenção de
velocidades muito baixas e a impossibilidade de se obter paradas intermediárias e
velocidades uniformes.
Um sistema de atuação pneumático genérico recebe um sinal e ar
comprimido; e fornece energia mecânica manifestada através do atuador visto na
figura 23, com determinada força, velocidade e deslocamento.
FIGURA 23 – CILINDROS PNEUMÁTICOS BÁSICOS
FONTE: FESTO, 1994
34
O atuador utilizado neste trabalho é o cilindro de simples ação com retorno
por mola e com haste visto na figura 24. As válvulas eletropneumáticas consistem
em componentes do sistema eletropneumático automatizado, que recebem
comandos do circuito elétrico de controle, acionando assim o atuador pneumático. A
válvula eletropneumática direcional pode ser encontrada em várias versões, sendo a
de simples ação do tipo 3 vias e 2 estados (3 ⁄ 2) com acionamento unidirecional
vista na figura 25.
FIGURA 24 – ATUADOR DE SIMPLES AÇÃO COM RETORNO POR MOLA E COM HASTE
FONTE: FESTO, 1994
FIGURA 25 – VÁLVULA ELETROPNEUMÁTICA DE 3 VIAS E 2 ESTADOS (3/2) DE SIMPLES AÇÃO
FONTE: FESTO, 1994
Segundo BONACORSO (2004), a posição de repouso é a posição que a
válvula assume enquanto não é acionada eletricamente. Na posição de repouso
desta válvula, há o bloqueio da via de pressão e o orifício de utilização é direcionado
ao escape. Acionando-se a válvula de comando unidirecional, a válvula troca de
estado, bloqueando o escape e possibilitando a passagem de ar comprimido do
orifício da via de pressão para o orifício de utilização. Enquanto for mantido o
acionamento, a válvula permanece neste estado. Caso contrário, retorna à posição
de repouso.
35
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Através do conhecimento e entendimento das prensas mecânicas e
equipamentos apresentados, é possível relacionar os requisitos e alternativas a
serem adotadas para o desenvolvimento da solução.
Nos parágrafos a seguir são comentados os requisitos mínimos para
proteção de máquina.
As partes móveis de máquinas e equipamentos representam riscos
potenciais, que podem ser minimizados ou neutralizados quando as máquinas e
equipamentos forem adequadamente projetados e construídos, bem instalados e
operados por pessoas capacitadas. As partes da máquina onde se processam as
operações de trabalho constituem-se nos pontos críticos principais, pois geralmente
a alimentação e a retirada de peças é feita manualmente.
As partes perigosas da máquina que não precisam ter contatos freqüentes
com o homem precisam ser isoladas, por meio de grade protetora de malha fina.
Quando os locais da máquina nos quais se processam a operação não podem ser
isolados, devem ser protegidos por grades protetoras ou outros dispositivos. De
acordo com exigência do PPRPS, é necessário que estas proteções possuam
intertravamento por meio de chave de segurança, a fim de garantir a pronta
paralisação de máquina sempre que forem movimentadas, removidas ou abertas.
A proteção de uma máquina tem que atender alguns requisitos para garantir
segurança contra os riscos mecânicos. Na prevenção do contato a proteção tem que
impedir ou prevenir que as mãos, braços ou qualquer parte do corpo ou vestimenta
de um trabalhador entre em contato com as partes móveis perigosas, eliminando a
possibilidade de acidentes.
Em relação à estabilidade no tempo, as proteções e dispositivos de
segurança devem ser feitos de material durável que suporte as condições de uso,
sendo firmemente afixados à máquina. Somente pessoas autorizadas, normalmente
somente o pessoal de manutenção ou teste pode, temporariamente, remover,
deslocar, ou retirar uma proteção.
Para proteger de queda de objetos, a proteção deve assegurar que nenhum
objeto possa cair nas partes móveis, danificando o equipamento ou se tornando um
projétil, que pode ser arremessado contra uma pessoa causando ferimento.
36
A proteção perde seu objetivo quando cria em si um perigo novo, adicional,
tal como um ponto de cisalhamento, uma extremidade dentada ou uma superfície
inacabada.
Proteções que impedem ou dificultam os trabalhadores de executar
normalmente suas atividades são rapidamente desconsideradas e deixadas de lado.
Componentes para lubrificação, por exemplo, devem ser instalados de fora de uma
porta de proteção, de modo que a lubrificação possa ser feita sem necessidade de
ingresso do trabalhador na área de risco.
De acordo com o PPRPS, é obrigatória a instalação de cortina de luz,
conjugada com comando bimanual, que atendam às normas brasileiras, pois no
caso em estudo não é possível trabalhar com as ferramentas fechadas.
O PPRPS proíbe a utilização de pedais mecânicos, recomendando a
utilização de pedais com atuação elétrica, pneumática, ou hidráulica. O número de
pedais deve ser igual ao número de operadores.
37
4 DESENVOLVIMENTO
O primeiro passo a ser tomado diante da missão de proteger o operador dos
riscos iminentes de acidentes em uma prensa é determinar a relação dos
componentes necessários obrigatoriamente, sem deixar de atentar para o tipo de
prensa em questão, que no caso deste projeto, trata-se da prensa dobradeira
mecânica.
A seção 4.1 apresenta a definição da relação dos componentes obrigatórios
aplicáveis à prensa dobradeira mecânica excêntrica com freio/embreagem. A partir
deste levantamento, obteve-se a necessidade de dimensionar alguns dos
componentes especificados além de uma previsão de adequação no acionamento
do freio/embreagem, responsável pela transmissão de força do volante para o eixo
excêntrico. É necessário uma análise deste mecanismo mecânico para assegurar
que a adequação proposta para o acionamento não comprometa a operação da
máquina, de forma a apresentar perfeitas condições de uso e com total segurança
aos operadores. Estas definições bem como os desenhos técnicos mecânicos estão
apresentados ao longo das seções deste capítulo. Na seção 4.2, apresenta-se
algumas considerações em relação à alteração no processo de operação da
máquina que foram levadas em consideração nas adequações propostas.
4.1 RELAÇÃO DE COMPONENTES NECESSÁRIOS
Em função do maior fator de risco de acidentes em prensas estar na zona de
prensagem, o início deste levantamento se dá a partir desta área da máquina a ser
protegida. No caso da prensa dobradeira mecânica em relação a esta área, são
admissíveis três opções de medidas de segurança possíveis, das quais duas são
inapropriadas por interferir diretamente no processo do movimento de dobra e por
dificultar a troca de ferramentas sendo que há a necessidade de trocas freqüentes
na máquina em estudo. Uma das opções seria o enclausuramento da zona de
prensagem, com frestas ou passagens que não permitem o ingresso dos dedos e
mãos nas áreas de risco, porém ao iniciar o movimento de dobra, dependendo do
tipo de peça, pode vir a colidir nesta proteção, e a outra opção permitida é a da
38
ferramenta fechada, significando o enclausuramento do par de ferramentas, ou seja,
para cada troca de ferramenta é necessário retirar a proteção e após a substituição
da ferramenta, recolocar. Portanto a opção definida para o caso da prensa
dobradeira mecânica quanto à proteção da zona de prensagem, seria a única opção
apropriada e esta consiste na utilização de uma cortina de luz conjugada com
comando bimanual.
A cortina de luz deve apresentar obrigatoriamente algumas características,
esta deve ser com redundância e auto-teste, do tipo ou categoria 4, ou seja, têm
como característica a redundância das funções de segurança ou o acionamento
positivo dos contatos e que em caso de falha do próprio dispositivo ocorre a
paralisação do equipamento. O feixe da cortina de luz se dá através de um par de
cabeçotes ópticos, conforme figura 26, e estes cabeçotes são fixados um em cada
extremidade da máquina de maneira a formar um feixe de luz visto na figura 27. Este
feixe de luz deve ficar localizado em frente à zona de prensagem e precisa ser
dimensionado para a máquina em questão. O dimensionamento e a indicação da
posição apropriada desta cortina de luz na máquina está devidamente indicada, em
detalhes, na figura 37 da seção 4.3.1.
FIGURA 26 – CORTINA DE LUZ
FONTE: ACE SCHMERSAL (2006)
39
FIGURA 27 – FEIXE DA CORTINA DE LUZ
A cortina de luz deve ser conjugada com o comando bimanual, indicado na
figura 28, com simultaneidade e auto-teste, tipo IIIC, conforme a NBR 14152 e o item
4.5 da NBR 13930. O número de comandos bimanuais deve corresponder ao
número de operadores na máquina, sendo assim, no caso da prensa dobradeira
mecânica em estudo, são necessários dois comandos bimanuais devido à operação
ser realizada por dois operadores. Estes comandos bimanuais serão controlados
através de comandos elétricos por meio de chaves seletoras de posições tipo yale
visto na figura 29, para impedir o funcionamento acidental da máquina sem que os
dois comandos sejam acionados simultaneamente. Estas chaves seletoras de
posições tipo yale serão ligadas ao CLP para possibilitar a seleção do número de
comandos bimanuais a ser usado, portanto permite a seleção de apenas um
comando bimanual no caso de conformação de pequenas peças, para que apenas
um operador realize a operação da máquina.
FIGURA 28 – COMANDO BIMANUAL
40
FIGURA 29 – CHAVE SELETORA DE POSIÇÕES
A máquina também deve dispor de dispositivos de parada de emergência
visto na figura 30, que garantam a interrupção imediata do movimento da máquina.
Os dois comandos bimanuais empregados já dispõem de botão de parada de
emergência, no entanto são conectáveis por tomada, ou seja, removíveis, portanto
estes não poderão ser os únicos, sendo assim é necessário à instalação de dois
dispositivos de parada de emergência no corpo da máquina, na parte frontal, para
que sempre estejam ao alcance próximo de pelo menos um dos operadores durante
a operação da máquina.
FIGURA 30 – DISPOSITIVO DE PARADA DE EMERGÊNCIA
Os procedimentos de operação da prensa sofrerão modificações após a
realização do retrofitting, e o seu acionamento não poderá ser apenas através dos
comandos bimanuais conforme previsto pelo PPRPS, sendo necessário também o
uso de um pedal de acionamento para cada operador. Portanto a operação será em
duas etapas conforme mencionado na seção 4.2, onde a queda livre do martelo será
obtida através do acionamento dos comandos bimanuais e a realização efetiva da
dobra com retorno do martelo ao PMS será obtida através do acionamento dos
pedais. O uso de pedais com atuação mecânica não é mais permitido, portanto o
pedal mecânico original da máquina será eliminado. Na operação de prensas
dobradeiras pode ser utilizado o pedal com atuação elétrica, pneumática ou
41
hidráulica, sem a exigência de enclausuramento da zona de prensagem devido ao
sistema de proteção conjugado entre a cortina de luz e o comando bimanual
previamente definido. O número de pedais deve corresponder ao número de
operadores na máquina conforme citado anteriormente, e assim como nos
comandos bimanuais, também devem dispor de chave seletora de posições para
impedir o funcionamento acidental da máquina sem que ambos os pedais sejam
acionados. Dentre as opções de pedais de acionamento permitidos, do tipo visto na
figura 31, a definição do pedal de acionamento a ser utilizado será posteriormente
indicado, pois depende da solução proposta para a modificação do acionamento do
sistema freio/embreagem conjugado visto que não é mais permitido o emprego de
força através de alavancas movidas por pedal mecânico porque dependem da força
imposta pelo operador.
FIGURA 31 – PEDAL DE ACIONAMENTO
Devido ao acesso às áreas de risco não monitoradas pela cortina de luz, ou
seja, que não se referem à proteção frontal, foram instaladas proteções fixas
soldadas a estrutura da máquina para evitar que sejam removidas conforme figura
32 com indicação das proteções laterais e também a proteção na parte traseira da
máquina. Estas proteções estão dotadas de intertravamento por meio de chaves de
segurança, conforme visto na figura 33.
42
FIGURA 32 – PROTEÇÕES FIXAS
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 33 – CHAVE DE SEGURANÇA APLICADA A PROTEÇÃO FIXA
CHAVE
DE
SEGURANÇA
Estas medidas foram tomadas rapidamente em função da fiscalização
realizada pelo ministério do trabalho ao decorrer do ano de 2006, que estabeleceu
um prazo de trinta dias, por meio de notificação apresentada à empresa para se dar
inicio a realização do retrofitting, nesta e nas demais máquinas desprovidas dos
dispositivos de segurança. Na figura 33 está indicada à chave de segurança
responsável pelo intertravamento das proteções, esta chave é responsável por
encaminhar um sinal para que ocorra interrupção imediata do movimento da
máquina no momento em que for aberta qualquer uma das cancelas, seja para
acesso a troca de ferramenta nas laterais ou o acesso à área de risco na parte
traseira. É necessário para tal finalidade o emprego de uma chave de segurança
Arial, 9 pt
43
para cada proteção existente. As proteções apresentadas foram previamente
dimensionadas antes de seu emprego, conforme dimensionamento realizado na
seção 4.3.2.
As chaves de segurança das proteções móveis, a cortina de luz, os
comandos bimanuais, as chaves seletoras de posições e os dispositivos de parada
de emergência serão ligados a um controlador lógico programável de segurança,
ilustrado na figura 34, com redundância e auto-teste, classificado como tipo ou
categoria 4, conforme a NBR 14009, com rearme manual. Como os dispositivos de
segurança serão ligados ao CLP de segurança e não apenas a relés de segurança
isolados, o software instalado deverá garantir a sua eficácia, de forma a reduzir ao
mínimo a possibilidade de erros provenientes de falha humana além de possuir
sistema de verificação de conformidade, a fim de evitar o comprometimento de
qualquer função relativa à segurança, bem como não permitir alteração do software
básico pelo usuário.
FIGURA 34 – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)
FONTE: SIGHIERI & NISHINARI (1998)
A relação dos componentes identificados está indicada na tabela 3. Estes
foram determinados de forma direta, pois independem da solução de adequação
proposta na seção 4.4, pois são de uso obrigatório e previstos por normas de
segurança para a máquina em estudo. Já em relação às suas especificações,
quanto a modelo, marca, funções e demais componentes a serem utilizados, estes
dependem da adequação proposta na seção indicada.
44
TABELA 3 – RELAÇÃO DE COMPONENTES EXIGIDOS PARA ADEQUAÇÃO
ITEM
COMPONENTE
QTDE. UN
1
CORTINA DE LUZ
01
UN
2
COMANDO BIMANUAL
02
UN
3
PEDAL DE ACIONAMENTO
02
UN
4
PROTEÇÃO FIXA
03
UN
5
CHAVE DE SEGURANÇA
03
UN
6
CONTROLADOR LÓGICO
PROGRAMÁVEL
.
CHAVE SELETORA DE
POSIÇÕES
BOTAO DE PARADA DE
EMERGENCIA
01
UN
7
8
04
UN
02
UN
AÇÃO
PROTEÇÃO FRONTAL
CATEGORIA 4
.
DISPOSITIVO DE
ACIONAMENTO
DISPOSITIVO DE
ACIONAMENTO
ISOLAMENTO DA ÁREA DE
RISCO
.
SEGURANÇA NAS
PROTEÇÕES FIXAS
.
CONTROLE DE VARIAEIS
OPERACIONAIS E DE
SEGURANÇA
EVITAR FUNCIONAMENTO
ACIDENTAL
PARALISAÇÃO DA
MÁQUINA
LOCAL IMPLANTADO
ZONA DE PRENSAGEM
01un POR OPERADOR
01un POR OPERADOR
01un. LATERAL ESQUERDA
01un LATERAL DIREITA
01un TRASEIRA
01un. LATERAL ESQUERDA
01un LATERAL DIREITA
01un TRASEIRA
PAINEL LOCALIZADO NA
LATERAL ESQUERDA
02un. Comando bimanual
02 un. Pedal acionamento
CORPO DA MAQUINA
FRONTAL
FONTE: OS AUTORES
4.2 ALTERAÇÃO NO PROCESSO DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA
A operação da prensa dobradeira mecânica ocorre através de alimentação
manual e este processo não sofrerá alterações, pois o processo de dobra envolve a
conformação dos materiais empregados em ângulos variados e como pode ocorrer à
necessidade de várias dobras numa mesma peça, a alimentação precisa continuar
sendo manual. Para o início do funcionamento da prensa primeiramente cada
operador deverá acionar o seu comando bimanual de forma simultânea de modo
que os operadores tenham que manter as mãos no comando durante a operação até
o final da queda livre do punção. A alimentação manual será realizada somente após
a liberação dos comandos bimanuais.
Em relação à descida do punção, a altura de queda livre será regulada por
um sensor mecânico que enquanto não for atuado não libera o acionamento dos
pedais. Como nesta máquina a espessura máxima a ser dobrada é de até 6,3mm, a
altura livre para ingressar a chapa na zona de prensagem depois da descida do
punção em queda livre fica definida em 10mm. Esta definição não é por acaso, pois
a folga que haverá entre a altura livre e a espessura máxima da chapa a ser utilizada
quando estiver posicionada é o suficiente para a realização da operação de dobra
45
sem interferir na qualidade da dobra obtida, e esta folga também não permite o
ingresso dos dedos do operador por falta de espaço na zona de prensagem,
evitando-se a ocorrência de acidentes.
Este é o ponto crítico em relação ao novo processo de operação da
máquina, pois a cortina de luz tem que ser obrigatoriamente desativada após a
queda livre do punção, caso contrário os operadores não conseguem obter
produtividade dentro dos padrões aceitáveis devido à paralisação constante da
máquina, pois a peça a ser dobrada sofre uma inclinação durante a conformação e
como os operadores devem ficar segurando a peça com as mãos, acabam por
obstruir o feixe de luz da cortina, que apresenta recursos de controle de resolução
que não detectam a chapa, mas detectam a mão humana, porém desta forma por
um instante os operadores ficam sujeitos a uma falsa sensação de segurança.
O movimento de descida restante do punção em que se obtém efetivamente
a dobra é acionado através de pedais, desta forma o punção desce até o PMI e
retorna ao PMS completando um ciclo no eixo excêntrico. Os pedais devem ser
acionados simultaneamente logo após a alimentação manual realizada pelos
operadores, que devem posicionar a chapa segurando-a com as mãos na posição
correta para obter a dobra na peça.
O emprego do CLP será fundamental, pois este será responsável por
garantir o funcionamento de todos os dispositivos de segurança implantados na
adequação proposta. O levantamento de todas as variáveis de entrada e de saída
deve ser elaborado necessariamente para proceder com a programação do CLP,
para assegurar o funcionamento controlado da prensa dobradeira mecânica,
conforme ilustrado na figura 35. O software a ser empregado deverá estar
devidamente programado com a seqüência lógica de operação da máquina,
baseado no fluxograma indicado na figura 36.
46
FIGURA 35 – APLICAÇÃO DO CLP
SENSORES
VARIÁVEIS
DE
CONTROLE
VARIÁVEIS
DE ENTRADA
CLP
RELÉS
CONTATORES
VÁLVULAS
FONTE: OS AUTORES
VARIÁVEIS
DE SAÍDA
47
FIGURA 36 – FLUXOGRAMA DA SEQÜÊNCIA LÓGICA DE FUNCIONAMENTO
INÍCIO
1
Arial, 10 pt, Negrito, Cor da
fonte: Azul
Arial, 10 pt, Sobrescrito
CORTINA DE LUZ,
CHAVE DE
SEGURANÇA OU
BOTÃO DE
PARADA
ACIONADA ?
N
Arial, 10 pt
Arial, 8 pt, Negrito
S
Arial, 10 pt
INTERROMPE A
SEQUÊNCIA LÓGICA
2
Arial, 8 pt
DESACIONA O
MOTOR ELÉTRICO
Arial, 8 pt
DESACIONA CILÍNDRO
SIMPLES AÇÃO
Arial, 8 pt
AGUARDA INTERVENÇÃO
DO OPERADOR
Arial, 8 pt
2
FIM
Arial, 10 pt, Negrito, Cor da
fonte: Azul
FONTE: OS AUTORES
1
Rotina de segurança funciona de modo paralelo.
Em relação ao comando bimanual duplo, para o caso de dois operadores, é necessário o
acionamento simultâneo de dois comandos bimanuais. O mesmo se aplica ao pedal pneumático
duplo, ou seja, é necessário o acionamento simultâneo de dois pedais pneumáticos para o caso de
dois operadores.
2
48
4.3 DIMENSIONAMENTOS
Dos componentes relacionados na seção 4.1, apenas a cortina de luz e as
proteções fixas devem ser dimensionadas para o caso da prensa dobradeira
mecânica.
4.3.1 Cortina de luz
Dentre as várias aplicações da cortina de luz, nos casos em que a
interrupção do feixe é usada para parar o movimento perigoso da máquina, não se
aplica o cálculo da distancia de segurança, ou seja, de afastamento da máquina,
pois o feixe deve estar posicionado ligeiramente à frente da zona de prensagem. Em
relação à altura da cortina para proteger a zona de prensagem, a altura definida é de
500mm em função da abertura máxima da zona de prensagem desta máquina ser
de 250mm, desta forma previne-se o acesso por cima e por baixo da zona de
prensagem sem que a cortina de luz seja obstruída. A resolução deve ser de 14mm
(padrão recomendado para detecção dos dedos das mãos) e a distância entre o
transmissor e receptor será de 3000mm devido à largura da máquina, conforme
indicado na figura 37.
FIGURA 37 – POSICIONAMENTO DA CORTINA DE LUZ
FONTE: OS AUTORES
49
4.3.2 Proteções fixas
As dimensões ideais para as proteções foram determinadas no local, com
critérios baseados nas dimensões de largura, altura e profundidade de forma a isolar
o acesso ao corpo da máquina pelas laterais e pela parte traseira da máquina.
Estas devem ser rígidas e soldadas no corpo da máquina para garantir que
não sejam removidas, e dispõem de cancela para acesso, interligadas por chave de
segurança para que a máquina não opere quando não estejam devidamente
fechadas. Adotou-se a sua confecção a partir de cantoneiras de 25x25mm com
espessura de 3,0mm, para formação de quadros preenchidos com chapa perfurada
para não obstruir totalmente a visão, esta chapa também com espessura 3,0mm,
sendo estas as espessuras mínimas necessárias para resistir aos esforços impostos
por uma pessoa na tentativa de remover ou avariar as proteções. As proteções estão
indicadas na figura 38.
FIGURA 38 – INDICAÇÃO DAS PROTEÇÕES FIXAS
FONTE: OS AUTORES
4.4 ADEQUAÇÕES PROPOSTAS
Além da instalação de todos os componentes já definidos e especificados
anteriormente para a realização do retrofitting, identificou-se que o mecanismo de
freio/embreagem conjugados, identificado na figura 39, deve ter seu acionamento
adaptado, pois a prensa dobradeira mecânica possui o acionamento através de
50
alavancas movidas por pedal mecânico que dependem da força imposta pelo
operador, por este motivo o uso de pedais mecânicos não são mais permitidos.
Para movimentar a alavanca de acionamento responsável por acoplar a
embreagem ao volante, para então transmitir o movimento ao eixo excêntrico, não
são necessários grandes esforços, isto é evidente pelo fato da máquina apresentar
sistema mecânico por alavancas conforme figura 40, onde a força transmitida ao
ponto de acoplamento é de 80kg, mensurado através de dinamômetro, portanto o
uso de sistema hidráulico não é necessário devido ao baixo esforço, tendo sido
desconsiderado para efeito deste projeto.
FIGURA 39 – MECANISMO DE TRANSMISSAO DE MOVIMENTO
BIELA
Arial, 10 pt
BIELA
ENGRENAGEM
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
EIXO
EXCÊNTRICO
Arial, 10 pt
ENGRENAGEM
VOLANTE
REDUTOR
EIXO
REDUTOR
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
EIXO
FREIO/EMBREAGEM
EMBREAGEM
OU FRICÇÃO
Arial, 10 pt
FREIO
LATERAL
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
FONTE: OS AUTORES
51
FIGURA 40 – ACIONAMENTO POR ALAVANCAS (PEDAL MECÂNICO)
VOLANTE
Arial, 10 pt
FREIO
Arial, 10 pt
EMBREAGEM
Arial, 10 pt
F=80kg
Formatado: Fonte: 10 pt
PEDAL
MECÂNICO
Arial, 10 pt
LATERAL
Arial, 10 pt
FONTE: OS AUTORES
Para
o
emprego
do
sistema
pneumático,
devido
ao
mecanismo
freio/embreagem conjugados, identificou-se a necessidade do uso de apenas um
atuador para executar o movimento de acionamento e este pode ser um cilindro de
simples ação com retorno por mola e de haste passante conforme esquema da
figura 41, onde o sentido de atuação da força está indicado.
52
FIGURA 41 – ESQUEMA DO SISTEMA PNEUMÁTICO
SENTIDO
ATUAÇÃO
FONTE: OS AUTORES
Para o emprego do atuador pneumático será preciso adaptar as alavancas
de acionamento do sistema freio/embreagem e baseado na concepção existente das
alavancas, propõe-se uma modificação conforme identificado na figura 42. Nesta
figura está indicado na cor azul o sistema de freio e na cor vermelha o braço de
alavanca responsável pelo acoplamento da embreagem, e também pode ser
visualizado a posição do atuador pneumático. É necessário a fabricação de um
anteparo metálico em chapa de aço carbono para a adaptação das alavancas
existentes. Este anteparo apresenta uma base para fixação do cilindro pneumático e
é responsável por suportar a alavanca giratória que transmite a força do pistão por
meio de alavancas (haste passante) para liberação do freio e acoplamento da
embreagem através de um único movimento. É necessário também executar um
pequeno recorte na lateral da máquina por onde passa a alavanca, de forma a
manter este movimento solidário. Em função do nível de detalhamento, o detalhe da
peça a ser fabricada está na figura 43 e a indicação da posição do recorte na lateral
esquerda da máquina, está apresentado na figura 44.
Arial, Cor da fonte: Automática
53
FIGURA 42 – PROPOSTA DE MODIFICAÇÃO NO ACIONAMENTO
VOLANTE
EMBREAGEM
Arial, 10 pt
FREIO
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
SENTIDO
ATUAÇÃO
ALAVANCA
GIRATÓRIA
Formatado: Fonte: Não
Negrito, Cor da fonte:
Automática
CILINDRO
C/ HASTE
PASSANTE
BASE PARA
FIXAÇÃO DO
PISTÃO
PNEUMÁTICO
ANTEPARO
METÁLICO
RECORTE
NA LATERAL
LATERAL
Automática
Automática
Automática
FONTE: OS AUTORES
54
FIGURA 43 – ANTEPARO EM DETALHES PARA FABRICAÇÃO
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 44 – POSIÇÃO DO RECORTE NA LATERAL PARA ADAPTAÇÃO
RECORTE
NA LATERAL
FONTE: OS AUTORES
Automática
55
Neste projeto, o eixo excêntrico bem como as duas bielas não sofrerão
nenhuma alteração, pois o curso presente na biela para regulagem de dobra,
indicado na figura 45, atende a necessidade de subir o martelo o mínimo que seja
apenas através do movimento linear de forma automática através do motor elétrico
acoplado ao volante de regulagem, figura 46.
FIGURA 45 – BIELA EM CORTE
REGULAGEM
DE ALTURA
FONTE: OS AUTORES
FIGURA 46 – VOLANTE DE REGULAGEM DE ALTURA
FONTE: OS AUTORES
56
Uma vez definido o tipo de atuador e encontrada a solução para a sua
aplicação por meio da adaptação proposta, é necessário indicar o tipo de válvula a
ser utilizado para receber o comando do circuito elétrico de controle enviado pelo
CLP e acionar o atuador. Entre os vários tipos de válvulas existentes, identificou-se
que a válvula eletropneumática de três vias e duas posições (3/2) convencional
atende satisfatoriamente a condição imposta pelo sistema pneumático apresentado.
A posição inicial e a posição atuada do cilindro de simples ação com retorno por
mola e de haste passante estão identificados nas figuras 47 e 48, respectivamente.
Nestas figuras estão indicadas as condições do freio/embreagem, do volante e do
eixo para cada uma das duas posições do atuador.
FIGURA 47 – POSIÇÃO INICIAL DO CILÍNDRO SIMPLES AÇÃO COM HASTE PASSANTE
GIRO
CONTÍNUO
Arial, 10 pt
DESACOPLADO
Arial, 10 pt
PARADO
Arial, 10 pt
ACIONADO
(REPRESENTATIVO)
HASTE
PASSANTE
SOLENÓIDE
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
MOLA NÃO
COMPRIMIDA
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
VÁLVULA ELETROPNEUMÁTICA
( 3 VIAS e 2 POSIÇÕES )
COM ACIONAMENTO UNIDIRECIONAL
FONTE: OS AUTORES
Arial, 10 pt
57
FIGURA 48 – CILÍNDRO SIMPLES AÇÃO COM HASTE PASSANTE ATUADO
GIRO
CONTÍNUO
ACOPLADO
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
MOVIMENTO
GIRATÓRIO
Arial, 10 pt
LIBERADO
(REPRESENTATIVO)
SENTIDO
ATUAÇÃO
HASTE
PASSANTE
MOLA
COMPRIMIDA
SOLENÓIDE
VÁLVULA ELETROPNEUMÁTICA
( 3 VIAS e 2 POSIÇÕES )
COM ACIONAMENTO UNIDIRECIONAL
FONTE: OS AUTORES
O pedal de acionamento a ser utilizado não definido previamente, será do
tipo elétrico em função da solução encontrada para o acionamento do
freio/embreagem conjugados. Os dispositivos pneumáticos devem dispor também de
válvula de retenção que impeça a descida do martelo em caso de falha do sistema
pneumático. A atenção redobrada deve estar no sistema de alimentação de ar
comprimido da empresa que deve garantir a eficácia da válvula de segurança e,
portanto deve possuir purgador ou sistema de secagem do ar, e também sistema de
lubrificação automática com óleo específico para este fim.
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
Arial, 10 pt
58
5 RESULTADOS E VALIDAÇÃO
A instalação das proteções fixas laterais esquerda, direita e traseira foram às
únicas das medidas implantadas, por se tratar de adaptação menos complexa e de
rápido resultado.
Os operadores facilmente se adaptaram a estes novos dispositivos de
proteção. As proteções são de simples manuseio, possuindo chaves de segurança,
que desligam a máquina caso alguma das proteções seja aberta.
Adicionalmente, foi instalado um sistema de alerta visual e sonoro. Neste
dispositivo, uma lâmpada na cor verde fica acesa, na parte superior da máquina,
indicando que a mesma está funcionando corretamente. Caso algum sistema de
segurança seja acionado, imediatamente a lâmpada verde se apaga e a lâmpada
vermelha se acende, sendo emitido também um aviso sonoro (alarme). A instalação
do alarme de sinal visual e sonoro não são obrigatórios mas são medidas
recomendadas pois contribuem para reduzir o perigo de acidentes de forma
relativamente rápida.
As demais medidas de proteção, devido à relativa maior complexidade e da
necessidade de maior tempo para instalação, ainda não foram implementadas, não
sendo possível ainda avaliar seus resultados. São elas:
•
Instalação de dois comandos bimanuais;
•
Instalação de cortina de luz;
•
Instalação
de
sistema
pneumático
de
mecanismo
de
freio/embreagem.
A empresa estuda a possibilidade de implantar estas medidas de proteção
restantes num período em que não haverá produção na fábrica, como por exemplo,
nas férias coletivas dos operadores. Para que isto possa acontecer, a empresa está
reprogramando seu planejamento de produção.
59
6 CONCLUSÃO
A consciência da prevenção de acidentes deve ser fator constantemente
presente nas relações de trabalho. As perdas (materiais e principalmente pessoais)
que os acidentes acarretam constituem graves conseqüências do descuido e da
negligência da observância dos requisitos de segurança.
As instalações das proteções laterais e traseiras na prensa dobradeira
mecânica excêntrica, limitando o acesso dos operadores a partes perigosas da
máquina, foi bem sucedida, protegendo efetivamente e sendo bem aceita pelos
operadores.
Não foi possível comprovar na prática as soluções propostas, pois não
houve condições favoráveis para que a empresa viabilizasse a implantação das
medidas de imediato. No entanto, a empresa está consciente de que a situação
necessita ser regularizada o mais rápido possível e está se planejando para que isto
ocorra em curto espaço de tempo.
Existe viabilidade técnica para a adaptação da máquina, objeto deste
estudo. A viabilidade econômica não pôde ser avaliada, visto que apenas as
proteções fixas foram realizadas na prática e os componentes indicados neste
projeto não foram devidamente orçados. No entanto, devido a necessidade do
emprego de componentes, em sua maioria, convencionais, o custo do retrofitting
tende a ser menor do que o valor de mercado da máquina estudada. O item de
maior custo é a cortina de luz, chegando a custo de 18% do valor de mercado da
máquina.
Como recomendações para futuras monografias, pode-se indicar o estudo
da viabilidade econômica para comprovar a conclusão prévia de que o custo do
retrofitting para este tipo de prensa é realmente viável, estando abaixo do próprio
valor de mercado da máquina, e que não se justifica que a mesma seja sucatada.
Recomenda-se também a elaboração do manual de operação da máquina, com os
procedimentos de manuseio dos sistemas de segurança.
Como informações adicionais à empresa, recomenda-se que sejam
elaborados
cronogramas
equipamentos,
incluindo
de
manutenções
nestes
cronogramas
preditivas
também
e
as
preventivas
verificações
dos
de
60
funcionamento adequado dos dispositivos de segurança. Em se tratando de
situações de riscos de acidentes, se deve utilizar todas as ferramentas disponíveis
para evitar situações de manutenção corretiva, pois isto geralmente significa que a
falha ocorreu. E ocorrendo a falha, algumas vezes o dano à saúde do operador é
irreversível, daí a importância de todos estarem engajados e serem eles próprios
agentes da promoção da segurança no ambiente de trabalho.
61
GLOSSÁRIO
CLP
- CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
INRS
- INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
OSHA - OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION
PMI
- PONTO MORTO INFERIOR
PMS
- PONTO MORTO SUPERIOR
PPRPS - PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE RISCOS EM PRENSAS E SIMILARES
62
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64
DOCUMENTOS CONSULTADOS
NBR 13759 Equipamentos de parada de
funcionais, princípios para projetos (EN 418)
emergência,
aspectos
NBR 13761 - Distâncias seguras para impedir acesso a zonas de perigo
pelos membros superiores (EN 294)
NBR 13928 - Requisitos gerais para o projeto e construção de proteções
(fixas e móveis) (prEN 953)
NBR 13929 - Dispositivos de intertravamento associados a proteções Princípios para projeto e seleção (EN 1088)
NBR 13930 - Prensas mecânicas Requisitos de Segurança Segurança
NBR 14009- Princípios para apreciação de riscos (EN 1050)
NBR 14152 - Segurança em máquinas Dispositivos de comando bimanuais Aspectos funcionais e princípios para projeto (EN 574)
NBR 14153 - Segurança de máquinas: Parte de sistemas de comando
relacionadas à segurança, princípios gerais de projeto (EN 954-1)
NBR 14154 - Segurança em máquinas: Prevenção de partida inesperada (EN
1037)
NBR NM 213 - Segurança de máquinas. Conceitos básicos, princípios
gerais para projetos parte 1 e 2 EN 292 -1/2/3
NR 12 - Máquinas e Equipamentos Equipamentos
NT 37/2004 - Nota Técnica do MTE nº 37/2004 nº 37/2004
PPRPS - Programa de prevenção de riscos em prensas e similares, MTB
- DRT / SP

centro universitário positivo adequação de prensas com mecanismo

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