universidade federal da bahia avaliação do projeto de máquina sob

10
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
FÁBIO CAMPOS MENDES
LEONARDO BATISTA A. PIMENTEL
RENAN LUIZ C. DE CARVALHO
AVALIAÇÃO DO PROJETO DE MÁQUINA SOB O PONTO
DE VISTA DA MANUTENIBILIDADE: O CASO DA BATEDEIRA
Salvador
2008
11
FÁBIO CAMPOS MENDES
LEONARDO BATISTA A. PIMENTEL
RENAN LUIZ C. DE CARVALHO
AVALIAÇÃO DO PROJETO DE MÁQUINA SOB O PONTO
DE VISTA DA MANUTENIBILIDADE: O CASO DA BATEDEIRA
Trabalho apresentado na disciplina de
graduação ENG 312 - Projetos Mecânicos I,
Escola Politécnica, Universidade Federal da
Bahia, para fins de avaliação.
Orientador: Professor Roberto César F.
Sacramento, Msc.
Salvador
2008
12
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Pedro de Alcântara O. Mendonça, pela atenção e generosidade em dedicar
parte de seu tempo na discussão de idéias com o grupo, o que foi de incalculável
valor no presente trabalho.
Às assistências colaboradoras, pela confiança em prestarem seus depoimentos, a
doação de partes de batedeiras, enfim, pela generosidade.
Ao orientador Prof. Roberto César F. Sacramento, pela assistência incondicional e
amizade para com os alunos de graduação de Engenharia Mecânica da
Universidade Federal da Bahia.
13
RESUMO
Este trabalho visa avaliar o projeto de um modelo de batedeira popular sob a ótica
da manutenibilidade, comparando-o com o de outro modelo de marca diferente e
mesma faixa de preço. Esta visão mostra como o projeto de uma máquina pode ser
melhorado no sentido de reduzir custo e tempo de manutenção, ou mesmo a sua
freqüência. Inicialmente, foram identificados os principais defeitos neste
equipamento e selecionado aquele vinculado à deficiência de projeto que mostrou
maior criticidade e freqüência. O comparativo foi feito entre os modelos M775, da
BLACK & DECKER, e BCIR, da ARNO. Feita a comparação entre os modelos,
identificamos que o modelo da ARNO apresentou ligeira vantagem, apesar de que
ambos são passíveis de melhorias. Sugerimos soluções para o defeito principal, o
desgaste dos dentes das engrenagens que transferem o movimento de rotação para
os batedores, visando melhorar a manutenibilidade dos modelos, utilizando como
base alguns indicadores estudados na pesquisa sobre avaliação de projeto de
máquinas desenvolvido pelo Professor Roberto Sacramento. Por fim, o impacto
econômico da solução proposta foi apresentado.
Palavras-chave: Projeto Mecânico, manutenibilidade, engrenagens de batedeira.
14
ABSTRACT
This work aims to evaluate the project of a model of a popular mixer under the optics
of maintainability, comparing it with another model of a different brand and similar
price. This point of view shows how the project of a machine can be improved to
reduce cost and maintenance time, or its frequency. First the main defects were
identified and then the one which was linked to deficiency of project and had more
frequency and criticality was chosen. The comparison was made between the
models M775, from BLACK & DECKER, and BCIR, from ARNO. After comparing the
models, we found ARNO’s model better than the other, but both need improvements.
We suggested solutions to solve the main defect, the wastage of the gear’s teeth
witch are responsible for transferring the rotation motion to the mixer, in order to
improve the maintainability of the models, using some criteria seen in the research of
projects’ evaluation of machines developed by Professor Roberto Sacramento. Then,
the economical impact of the solution suggested was shown.
Keywords: Mechanical Project, Maintainability, Mixer’s gears.
15
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Eletrodomésticos e eletrônicos mais citados .......................................
15
Figura 2 – Os tipos de batedeiras .........................................................................
16
Figura 3 – Batedeira de sustentação manual .......................................................
17
Figura 4 – Batedeira de suporte (stand mixer) – modelo planetário .................... 18
Figura 5 – Perspectiva de uma batedeira, com detalhes ...................................... 18
Figura 6 – Batedeira doméstica – visão geral da carcaça, tigela e batedores .....
19
Figura 7 – Esquema do motor elétrico CC de dois pólos ...................................... 21
Figura 8 – Esquema do motor síncrono ................................................................ 22
Figura 9 – Esquema do motor universal ..............................................................
23
Figura 10 – Motor elétrico de uma batedeira ........................................................
23
Figura 11 – Engrenagens de dentes retos ............................................................ 25
Figura 12 – Engrenagens cônicas ........................................................................
26
Figura 13 – Par parafuso-coroa sem-fim ..............................................................
26
Figura 14 – Engrenagens helicoidais .................................................................... 27
Figura 15 – Engrenagem da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 ........
27
Figura 16 – Parafuso da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 ................ 30
Figura 17 – Engrenagens helicoidais e sem-fim ...................................................
31
Figura 18a – Localização do mancal de deslizamento .........................................
31
Figura 18b – Localização do mancal de escora .................................................... 31
Figura 19 – Batedeira BLACK & DECKER, modelo M775 .................................... 33
Figura 20 – Batedeira ARNO, modelo BCIR ......................................................... 34
16
Figura 21 - Engrenagem do modelo M775 com fixação do batedor quebrada ..... 35
Figura 22 – Formação de cavidades na engrenagem ..........................................
37
Figura 23 – Batedeiras consertadas no mês X modelo da batedeira ...................
38
Figura 24 – Batedeiras BLACK & DECKER consertadas no mês X tipo de
defeito ...................................................................................................................
39
Figura 25 – Batedeiras ARNO consertadas no mês X Tipo de defeito ................. 39
Figura 26 – Chave Phillips ....................................................................................
42
Figura 27 – Detalhe dos parafusos da carcaça ....................................................
42
Figura 28 – Chaves de fenda ..... ..........................................................................
43
Figura 29 – Detalhe da ventoinha .........................................................................
43
Figura 30 – Ferramental de desmontagem (para BLACK & DECKER) ................
44
Figura 31a - Modelo BLACK & DECKER .............................................................. 45
Figura 31b - Detalhe da configuração “+x” ...........................................................
45
Figura 32 – Ferramental de desmontagem (para ARNO) ..................................... 47
Figura 33 – Engrenagem do modelo BCIR, da ARNO .......................................... 59
Figura 34 – Detalhe do sulco ................................................................................
60
Figura 35 – Perspectiva da montagem anel, ventoinha e sem-fim .......................
60
Figura 36 – Perspectiva explodida da montagem anel, ventoinha e sem-fim ....... 61
Figura 37 – Detalhe do parafuso de fixação engrenagem-carcaça do motor .......
61
17
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Defeitos e motivos ............................................................................... 38
Tabela 2 – Classificação dos defeitos quanto a criticidade .................................
40
Tabela 3 – Orçamento para troca de engrenagens ..............................................
41
Tabela 4 – Tempo gasto na manutenção da batedeira BLACK & DECKER ........
45
Tabela 5 – Tempo gasto na manutenção da batedeira ARNO ............................ 48
Tabela 6 – Caracterização dos pesos ................................................................... 52
Tabela 7 – Critério das notas ................................................................................
52
Tabela 8 – Avaliação da manutenibilidade ...........................................................
54
18
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ..............................................................................................
10
2. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA .............................................................
13
2.1. HISTÓRICO ...........................................................................................
13
2.2. A BATEDEIRA ........................................................................................ 15
2.2.1. Principais componentes ............................................................
18
2.2.2. Elementos de máquinas presentes nas batedeiras..................
28
2.2.3. Funcionamento da batedeira .....................................................
32
3. LEVANTAMENTO DOS DEFEITOS ............................................................. 33
3.1. PRINCIPAIS DEFEITOS ........................................................................
34
3.2. ESTATÍSTICAS DOS DEFEITOS ..........................................................
38
3.3. MANUTENÇÃO ......................................................................................
40
3.3.1. Modelo para comparação ...........................................................
46
4. MANUTENIBILIDADE ..................................................................................
49
4.1. LEVANTAMENTO DOS INDICADORES ...............................................
52
4.2. JUSTIFICATIVA DAS NOTAS ...............................................................
54
4.3. ANÁLISE DOS RESULTADOS ..............................................................
58
4.4. PROPOSTAS DE MELHORIA ...............................................................
58
4.5. CUSTO BRASIL .....................................................................................
62
5. CONCLUSÃO ...............................................................................................
64
REFERÊNCIAS ............................................................................................. 65
ANEXO A – CRONOGRAMAS DE ATIVIDADES ........................................
68
ANEXO B – ASSISTÊNCIAS COLABORADORAS ..................................... 69
19
1. INTRODUÇÃO
Os constantes avanços nos mais diversos setores da Engenharia têm
facilitado cada vez mais as atividades realizadas pelo homem, seja nos processos
de produção ou até mesmo nas suas atividades cotidianas. O desenvolvimento
tecnológico busca sempre agilizar os processos, porém sem perder em qualidade e
visando também o conforto e bem-estar das pessoas.
Como futuros engenheiros, temos um papel moral perante a sociedade no
que tange disponibilizar o conhecimento acadêmico adquirido, experiência e
capacidade de solucionar problemas na contribuição com a melhoria da qualidade
de vidas das pessoas. No presente trabalho, deveremos exercitar este papel, que
estará evidente quando forem propostas soluções para o problema estudado em um
modelo de batedeira, eletro-portátil de bastante utilidade e difusão na sociedade.
O profissional da Engenharia, como consta no artigo 1° de seu código de ética
profissional, tem o dever de interessar-se pelo bem público e com tal finalidade
contribuir com seus conhecimentos, capacidade e experiência para melhor servir a
humanidade (BAZZO, 2000).
Quando se fala em projetos de máquinas, alguns conceitos importantes
devem ser observados. Dentre os muitos, podemos exemplificar a confiabilidade, a
fabricabilidade, a durabilidade e a manutenibilidade, conceitos estes que devem ser
levados em conta no momento em que o engenheiro está projetando determinado
dispositivo ou equipamento, pois contribuem para a caracterização e adequação do
projeto aos requisitos que são cada vez mais rigorosos.
A batedeira é um equipamento doméstico extremamente versátil e útil no
nosso cotidiano, que surgiu para facilitar os trabalhos domésticos de preparação de
20
massas, sobremesas, pães e outros pratos. Possui um motor elétrico que transmite
a rotação às pás através de engrenagens. Estas pás misturam a massa contida no
recipiente, podendo-se alterar a velocidade de rotação por um dispositivo que regula
a alimentação do motor. O enfoque que será dado na análise é o da
manutenibilidade.
Academicamente, para fins de avaliação da disciplina ENG 312- PROJETOS
MECÂNICOS I, oferecida pelo Departamento de Engenharia Mecânica da
Universidade Federal da Bahia, e sob o ponto de vista da manutenibilidade,
almejamos avaliar o projeto de um modelo popular de batedeira da marca BLACK &
DECKER, comparando-a com um modelo da ARNO de mesma faixa de preço.
Então, apontamos qual dos projetos se comporta de maneira mais satisfatória de
acordo com os indicadores da manutenibilidade.
O primeiro passo na elaboração deste estudo foi a escolha do equipamento.
Para isso, percorremos algumas assistências técnicas, de onde coletamos
informações de alguns tipos de eletrodomésticos que vinham apresentando defeitos
freqüentes. Optamos, por fim, pela batedeira, que nos pareceu bastante interessante
para a realização deste estudo de manutenibilidade.
Foi feito um planejamento, onde se traçou um cronograma de atividades
seguindo uma seqüência lógica de procedimentos.
Em seguida, fizemos uma revisão bibliográfica sobre tudo que se refere à
batedeira (seu histórico, funcionamento, principais componentes, entre outros) e ao
conceito da manutenibilidade para avaliação de projetos de máquinas.
Com maior conhecimento do equipamento que estávamos lidando, partimos
novamente para as assistências técnicas, de onde coletamos informações sobre os
21
modos de falha mais comuns em modelos populares de batedeiras, bem como os
procedimentos de manutenção. Os principais itens verificados foram:
• Principais
defeitos apresentados
e
quais
as
marcas
que
os
apresentam;
• Freqüência e criticidade dos defeitos;
• Principais causas das falhas e quais os componentes afetados;
• Procedimento de manutenção e tempo médio de realização do serviço;
• Treinamento recebido pelos funcionários, se houver;
• Custo do serviço.
Feita a pesquisa de campo, avaliamos os tipos de falha e escolhemos aquela
de maior freqüência e criticidade que tem sua origem na deficiência de projeto do
componente da máquina. De acordo com os dados fornecidos pelas assistências
técnicas, escolhemos os dois modelos populares que mais apresentavam
ocorrências do defeito, o M775, da BLACK & DECKER, e o BCIR, da ARNO.
A partir dessas informações e decisões tomadas, partimos para o estudo do
caso e seguimos com a confecção do texto, que pode ser apreciado a seguir.
22
2. CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA
A batedeira é um dispositivo de utilização doméstica destinado a misturar,
bater e unir ingredientes que serão utilizados em receitas ou misturas culinárias.
Apresenta-se sob dois tipos básicos: batedeira de sustentação manual e batedeira
com suporte.
2.1 HISTÓRICO
Em 1870, Sir Walter Scott, natural de Providence, nos Estados Unidos, criou a
primeira batedeira de sustentação e acionamento manual. Acionamento este feito
através de manivela que movimentavam as engrenagens dos misturadores.
Invenção esta patenteada no dia 31 de maio do mesmo ano; (U.S Patent 103,811)
(HOWSTUFFWORKS, 2008).
A primeira batedeira elétrica foi inventada pelo engenheiro norte-americano
Herbert Johnston em 1908 e comercializada pela KitchenAid, Uma divisão da
companhia de manufatura Horbart, com a finalidade de elevar a eficiência na mistura
de ingredientes, a velocidade e reduzir o esforço na fabricação do pão nas padarias
(HISTORIADETUDO, 2008).
No início da década seguinte, as batedeiras elétricas já percorriam todos os
Estados Unidos sendo vendidas principalmente às padarias. Antes do início da
Primeira Guerra Mundial, elas já estavam nas residências da maioria das famílias
norte-americanas.
Modelos antigos de batedeiras designavam nomes para as velocidades de
operação (exemplo: Beat Whip para altas velocidades) e não números, como se
23
observa
atualmente.
As
primeiras
eram
bastantes
caras,
custavam
aproximadamente US$ 190, o equivalente a US$ 2.200 atualmente ou algo em torno
de R$ 4.500 (IDEAFINDER, 2008).
No Brasil, este eletro-portátil é bastante difundido e está presente nas
residências das várias camadas sociais. Além de padarias, escolas, confeitarias, etc.
Isto se deve aos benefícios trazidos por este, pela disponibilidade de modelos que
atendem a diferentes necessidades e/ou se adéquam ao bolso do consumidor e
ainda pelas condições facilitadas de pagamento dadas pelo comércio na aquisição
deste eletro-portátil.
Em recente pesquisa realizada em João Pessoa, na Paraíba, cuja finalidade
foi descobrir a intenção de compra para o dia das mães na região metropolitana da
capital paraibana, pôde-se comprovar a popularidade da batedeira. Foram
entrevistadas 544 pessoas e 83,04 % manifestaram interesse em comprar algum
presente (IFEP, 2008).
Entre os entrevistados que manifestaram interesse, 24,34% afirmaram ter a
intenção em presentear suas mães com eletrodomésticos e eletrônicos. Este tipo de
presente ocupou o segundo posto na preferência dos entrevistados, perdendo
apenas para vestuário que obteve a preferência de 36,06 % (IFEP, 2008).
Dentre
os
eletrodomésticos
representados no gráfico da figura 1.
e
eletrônicos,
os
mais
citados
estão
24
.
Figura 1 - Eletrodomésticos e eletrônicos mais citados
Fonte: Autor
Como mostrado, vemos que a batedeiras tem uma importância bem relevante
na vida de muitas pessoas. Ainda assim, esta popularidade poderia ser maior caso
os tributos embutidos em seu preço fossem menores. Este percentual, bastante
significante, é de 43,64% (IBPT, 2004).
2.2 A BATEDEIRA
Quase toda cozinha tem uma batedeira. Ela mistura ingredientes para fazer
biscoitos, bolos, pudins, pães, sobremesas e outros pratos. Por causa de sua
versatilidade, as batedeiras se tornaram um presente bem cotado para aqueles que
estão começando um novo lar (HOWSTUFFWORKS, 2008).
25
Figura 2 – Os tipos de batedeiras
Fonte: www.proteste.org.br
A batedeira de sustentação manual, geralmente, é composta de uma alça
montada sobre uma estrutura que “guarda” um motor, e este aciona um ou dois
misturadores (mais conhecidos como batedores) que vão imersos na mistura. São
os modelos que possuem maior portabilidade.
A batedeira de suporte se assemelha muito à batedeira de sustentação
manual, exceto pelo fato de que esta é montada sobre um suporte que sustenta a
estrutura e peso do equipamento. Além do mais, possui maiores dimensões e
comportam motores de maior potência, e tem ainda tigelas especiais que
armazenam os ingredientes a serem processados. Este tipo de batedeira pode ser
ainda subdividido em “convencional” e “planetária”, sendo que esta última possui um
batedor que gira por toda a tigela (por meio de um mecanismo de engrenagem
interna), em vez trabalhar fixo em um lado.
26
Figura 3 – Batedeira de sustentação manual
Fonte: www.wikipedia.com
Modelos comerciais de serviço pesado podem ter tigelas com capacidade de
95 litros, enquanto modelos domésticos e comerciais possuem tigelas com
capacidade
de
aproximadamente
4
litros.
Nestas
batedeiras
domésticas
convencionais há ainda itens que permitem processamento especial de alguns
ingredientes. Por exemplo, batedores especiais para cremes e claras de ovos
(HOWSTUFFWORKS, 2008).
27
Figura 4 – Batedeira de suporte (stand mixer) – modelo planetário
Fonte: www.foodmayhem.com
2.2.1 Principais componentes
As batedeiras são eletrodomésticos relativamente simples, possuindo poucos
componentes, como se pode observar na figura abaixo:
Figura 5 – Perspectiva de uma batedeira, com detalhes
Fonte: www.howstuffworks.com
28
•
Carcaça
É a parte externa da batedeira, que envolve e protege o motor elétrico, as
engrenagens, a placa de circuito e todos os outros componentes internos. Também
tem a função de proteger o usuário contra choques, além de servir como elemento
essencial para o marketing do produto, uma vez que agrega beleza e valor.
Figura 6 – Batedeira doméstica – visão geral da carcaça, tigela e batedores
Fonte: www.speedphotos.com.br
•
Tigela
Recipiente que serve para acomodar a massa que é preparada. Geralmente é
feita em plástico, mas também existem modelos mais sofisticados, feitos em aço
inoxidável.
•
Suporte
O suporte fixa a tigela, impedindo que esta se movimente durante o
funcionamento da batedeira. É fabricado em plástico. A figura 5 mostra um desenho
esquemático onde se pode observar o suporte.
29
•
Fios
Transmitem a corrente elétrica da rede para o motor elétrico, onde vai
alimentar o estator, que poderá ser visto mais adiante.
•
Placa de circuito
Como o próprio nome diz, esta placa tem como função servir de base de
fixação do circuito elétrico existente na batedeira, que é responsável pelos
comandos de variar velocidade, ligar e desligar, entre outros.
•
Motor elétrico
Daremos mais ênfase a este componente em virtude do estudo com enfoque
na manutenibilidade, que será visto posteriormente.
Motores elétricos são máquinas que convertem energia elétrica em energia
mecânica. Desta forma, quando uma fonte de alimentação é conectada a um motor,
o seu eixo gira.
Existem motores alimentados por uma fonte CC (corrente contínua), como
uma bateria, e motores alimentados por uma fonte CA (corrente alternada). Apesar
de existirem motores elétricos de vários tipos, o princípio é o mesmo (JORNAL
SEED, 2007).
Dois princípios físicos relacionados são a base do funcionamento dos motores
elétricos. O primeiro é o princípio da indução eletromagnética, que estabelece que
uma corrente elétrica é induzida no condutor quando este se move por meio de um
campo magnético ou se a intensidade de um campo magnético que passa através
de condutor varia.
30
O segundo princípio se refere à reação eletromagnética: uma força é aplicada
ao condutor quando uma corrente elétrica é estabelecida por meio deste; quando o
condutor é enrolado com várias voltas e conexões elétricas são instaladas, a força
criada faz com que a bobina gire, produzindo a rotação do eixo do motor.
Dentre os motores CC, temos três tipos: Shunt, usados predominantemente
em aplicações que exigem velocidade constante, com variação proporcional à
corrente absorvida; Série, usados para aplicações mais severas (como guindastes),
com a velocidade variando com a carga; e Compound, para aplicações similares às
do Shunt, porém com corrente de partida elevada.
Figura 7 – Esquema do motor elétrico CC de dois pólos
Fonte: www.feiradeciencias.com.br
Já os motores CA estão divididos em Síncronos e Assíncronos. Nos
Síncronos, a velocidade de trabalho praticamente não varia com a carga. O estator é
alimentado por corrente alternada, mas o rotor recebe corrente contínua que vem de
uma excitatriz (um pequeno dínamo que é montado no eixo do motor). Nos
Assíncronos, ocorre uma defasagem (ou escorregamento) da rotação do eixo em
31
relação à rotação síncrona, devido à velocidade menor com que o seu rotor
funciona.
Figura 8 – Esquema do motor síncrono
Fonte: www.feiradeciencias.com.br
Existe ainda um tipo intermediário, o motor Universal, que pode funcionar
tanto com corrente contínua quanto com corrente alternada. Um verdadeiro motor
elétrico CC não aceita alimentação CA (esta inverte o sentido da corrente a cada
meio ciclo, e isso apenas causaria trepidações); do mesmo modo, um verdadeiro
motor CA não aceita alimentação CC (esta não oferecerá as convenientes
alterações do sentido da corrente para o correto funcionamento do motor).
Porém, se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos motores CC por
eletroímãs e ligarmos (em série) esses eletroímãs no mesmo circuito do rotor e
comutador, teremos um motor universal (FEIRA DE CIÊNCIAS, 2000).
32
Figura 9 – Esquema do motor universal
Fonte: www.feiradeciencias.com.br
Os motores elétricos consistem em duas unidades básicas: o campo, que é o
eletroímã com suas bobinas, e a armadura, estrutura que suporta os condutores que
atravessam o campo magnético e conduzem a corrente de excitação em um motor
(JORNAL SEED, 2007).
O motor Universal é o usado nas batedeiras elétricas, constituindo a sua
“alma”, pois é ele que gera o movimento necessário para o giro dos batedores, que
por sua vez vão misturar os ingredientes na tigela.
Figura 10 – Motor elétrico de uma batedeira
Fonte: www.howstuffworks.com
33
•
Engrenagens
Assim como o motor elétrico, daremos atenção especial às engrenagens, pois
são o foco principal do nosso estudo.
As engrenagens são utilizadas em milhares de dispositivos mecânicos e têm
como objetivo principal efetivar transformações de movimentos, no que diz respeito
à direção e, principalmente, velocidade. A engrenagem constitui uma máquina
simples que poderia ser encarada como uma alavanca múltipla dotada de um único
centro. Desta forma, quanto maior o braço (neste caso, o raio da engrenagem) maior
será o momento conseguido (PUGLIESE, 1976).
A relação de transmissão de um sistema de engrenagens de eixos fixos é
dada por:
Onde:
ω1 é a velocidade angular da engrenagem 1;
ω2 é a velocidade angular da engrenagem 2;
z1 é o número de dentes da engrenagem 1;
z2 é o número de dentes da engrenagem 2.
A relação de transmissão de um sistema engrenagens é também conhecida
com Lei do engrenamento (SHIGLEY, 2005).
Segundo PUGLIESE, uma engrenagem é constituída pela coroa, que é a
própria parte dentada, pelo cubo, parte pela qual é fixada ao eixo e pelos braços,
que conectam coroa e cubo.
34
Quanto aos tipos de engrenagens, SHIGLEY subdivide-as em:
Engrenagens cilíndricas de dentes retos – possuem dentes paralelos ao
eixo de rotação e são utilizadas para transmitir movimento entre dois eixos paralelos.
De todos os tipos, esta é a mais simples. São utilizadas, por exemplo, em
aspersores oscilantes, relógios de corda e máquinas de lavar roupas.
Figura 11 – engrenagens de dentes retos
Fonte: www.wikipedia.org
Engrenagens cônicas – possuem dentes formados em superfícies cônicas e
são utilizadas para transmitir movimento entre eixos que se interceptam. As
engrenagens cônicas espiraladas são cortadas de forma que o dente deixe de ser
reto, formando um arco circular. As hipóides são semelhantes às engrenagens
cônicas espiraladas, exceto pelo fato de serem os eixos deslocados e nãointerceptantes. Um exemplo de aplicação deste tipo de engrenagem é o diferencial
automotivo.
35
Figura 12 – Engrenagens cônicas
Fonte: www.howstuffworks.com
O par parafuso-coroa sem-fim – se assemelha a um parafuso. A direção de
rotação da coroa sem-fim, ou roda sem-fim, depende da direção de rotação do
parafuso e de serem seus dentes cortados à direita ou esquerda. São mais
utilizados quando as razões de velocidades dos dois eixos são bastante altas - por
exemplo, 20 ou mais.
Figura 13 – Par parafuso-coroa sem-fim
Fonte: www.howstuffworks.com
36
Engrenagens helicoidais – Possuem dentes inclinados em relação ao eixo
de rotação. Podem ser utilizadas nas mesmas aplicações que as engrenagens de
dentes retos. Contudo, o engranzamento ocorre com engajamento mais gradual dos
dentes, o que resulta em menos barulho. O dente inclinado também cria forças
axiais e momentos fletores. Outra diferença em relação às engrenagens de dentes
retos é que as engrenagens helicoidais podem ser empregadas para transmitir
movimento entre eixos não-paralelos.
Figura 14 – Engrenagens helicoidais
Fonte: www.howstuffworks.com
As batedeiras usam duas engrenagens helicoidais, engranzadas com um
parafuso sem-fim (usinado em aço no próprio eixo do motor), para transmitir a
rotação do motor elétrico para os batedores, que estão encaixados nos cubos.
Figura 15 – Engrenagem da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775
Fonte: Autor
37
•
Batedores
São os misturadores que executam a função da batedeira: misturar
ingredientes. São fabricados em aço inoxidável e estão presos ao cubo das
engrenagens por presilhas.
2.2.2 Elementos de máquinas presentes na batedeira
Antes de listarmos os principais elementos de máquinas presentes na
batedeira, precisamos definir o que seria um elemento de máquina, bem como
diferenciar os tipos existentes.
Um elemento de máquina pode ser entendido como um componente, ou
peça, que integra uma máquina, exercendo uma função específica que, juntamente
com outros elementos, contribui para o funcionamento adequado do sistema
(TELECURSO, 2000). Como exemplo, podemos citar a mola de um automóvel, que
exerce a função de amortecer impactos provenientes de irregularidades do piso,
permitindo assim que todo o conjunto do carro trafegue com segurança e conforto
para os passageiros.
Existem cinco tipos básicos de elementos de máquinas, separados pela
função que exercem: os elementos de fixação, apoio, vedação, transmissão e
elásticos.
•
Elementos de fixação
Como o nome já diz, estes elementos de máquinas são usados para unir duas
peças. Temos como exemplo mais comum o parafuso (TELECURSO, 2000).
38
•
Elementos de apoio
Os elementos de apoio são acessórios auxiliares para o funcionamento das
máquinas, servindo para suportar cargas. O mancal de deslizamento é um elemento
de apoio (MENDONÇA, 2008).
•
Elementos de transmissão
Os elementos de transmissão, como uma correia ou uma engrenagem,
compõem os sistemas de transmissão, que servem para transferir potência e
movimento a outro sistema (COLLINS, 2006).
•
Elementos de vedação
Servem para selar um determinado compartimento da máquina, evitando
vazamentos ou entrada de fluidos. Um exemplo é o diafragma presente em uma
turbina a vapor multiestágio, que impede que o vapor retorne para o estágio anterior.
(MATTOS, 1998)
•
Elementos elásticos
Os elementos elásticos, como as molas da suspensão de um carro, são
usados para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para possibilitar o
retorno de um componente mecânico à sua posição inicial (TELECURSO, 2000).
Na batedeira modelo M775, da BLACK & DECKER, podemos encontrar
alguns destes elementos de máquinas. O mais comum deles é o parafuso, elemento
de fixação muito usado na junção de partes da carcaça e do motor elétrico, são
muito pequenos. No motor também encontramos um elemento de transmissão, a
engrenagem sem-fim, que por sua vez transfere o movimento para outras duas
39
engrenagens helicoidais. Existem ainda dois elementos de apoio, sendo um mancal
de deslizamento, que sustenta o eixo do motor próximo à engrenagem sem-fim, e
um mancal de escora, localizado na parte anterior do motor, que resiste à cargas
axiais. Este mancal de escora possui uma esfera em sua extremidade, justamente
para esta função de conter as cargas axiais provenientes do giro do eixo do motor
elétrico. Não foi necessária a aplicação deste mancal na parte posterior do motor,
pois, como o eixo deste gira apenas em um sentido, a carga axial sempre aponta
para o lado anterior.
Há também um anel elástico no extremo do sem-fim, cuja finalidade é impedir
o deslocamento axial da ventoinha.
Figura 16 – Parafuso da batedeira BLACK & DECKER, modelo M775.
Fonte: Autor
40
Sem-fim
Engrenagem helicoidal
Figura 17 – Engrenagens helicoidais e sem-fim
Fonte: Autor
Figura 18a – Localização do mancal de deslizamento
Fonte: Autor
Figura 18b – Localização do mancal de escora
Fonte: www.howstuffworks.com
41
2.2.3 Funcionamento da batedeira
As batedeiras possuem um funcionamento bem simples. Em vez de
aquecerem algo, como é o caso de um forno microondas, por exemplo, elas geram
movimento, movendo ou misturando os alimentos. O motor elétrico universal é o
componente principal que permite que a batedeira execute a sua função.
Um controle de velocidade varia a corrente elétrica que chega ao motor, de
acordo com o desejo do operador. Geralmente as batedeiras possuem velocidades
de operação pré-definidas, selecionadas pelo botão de controle presente na
carcaça, que por sua vez está conectado à placa de circuito, responsável pelo
comando do envio da corrente elétrica ao motor.
O giro do rotor do motor elétrico impulsiona a engrenagem sem-fim, usinada
no seu eixo, e esta transmite a rotação para duas engrenagens helicoidais. Estas
engrenagens traduzem a rotação do motor para a rotação oposta das pás dos
batedores, que, por sua vez, misturam os ingredientes na tigela.
42
3. LEVANTAMENTO DOS DEFEITOS
No presente capítulo, trataremos sobre os dados levantados nas pesquisas
de campo, segundo a metodologia adotada. Foram visitadas cinco assistências
técnicas de onde obtivemos os dados necessários para execução deste trabalho.
Muitas marcas de batedeiras foram citadas durante as pesquisas de campo.
No entanto, destacamos o modelo M775 da BLACK & DECKER devido à freqüência
com que vem apresentando defeitos que interessam à proposta deste trabalho.
Como comparação, utilizamos o modelo BCIR da ARNO, de mesma faixa de preço
(entre R$85 e R$100) e com lista de defeitos semelhante.
Figura 19 – Batedeira BLACK & DECKER, modelo M775.
Fonte: www.blackanddecker.com.br
43
Figura 20 – Batedeira ARNO, modelo BCIR.
Fonte: www.arno.com.br
3.1 PRINCIPAIS DEFEITOS
Segundo
relatos
dos
técnicos
consultados,
os
principais
defeitos
apresentados pelo modelo M775 são:
1. Degradação da bucha do mancal;
2. Desgaste dos dentes das engrenagens;
3. Quebra da fixação engrenagem – batedor;
4. Quebra do batedor;
5. Queima do motor;
6. Rompimento do fio.
Levantados os principais defeitos, o próximo passo foi avaliar qual ou quais
deles seriam relevantes para a proposta deste trabalho. A primeira conclusão que
tivemos foi que quase todos os defeitos verificados nos modelos são oriundos de
mau-uso.
44
Segundo SACRAMENTO, o mau-uso pode estar atrelado a diversos fatores,
podendo destacar-se:
• Deficiência de projeto, que implica em uma operação difícil;
• Inexistência e inadequação do manual;
• Inexperiência do usuário mesmo quando a operação é simples.
No caso das batedeiras em estudo, a causa principal do mau-uso é a
inexperiência do usuário, visto que a operação é bastante simples.
A utilização excessiva e o processamento não adequado de alguns
ingredientes propiciam a queima do motor. Da mesma forma, a utilização excessiva
promove a elevação da temperatura de trabalho, o que diminui muito a vida útil da
bucha. A quebra do batedor tem sua origem na força vertical desnecessária,
promovida pelo usuário, pressionando o batedor contra os ingredientes e a tigela. A
quebra da fixação engrenagem–batedor (figura 21) ocorre pelo mesmo motivo e pela
mistura de ingredientes de consistência muito grande, onde seria recomendada a
utilização de outro tipo de batedeira. Por último, a forma com que o fio é enrolado
representa o motivo pelo qual o mesmo rompe.
Figura 21 – Engrenagem do modelo M775 com fixação do batedor quebrada
Fonte: Autor
45
O desgaste prematuro dos dentes da engrenagem foi o defeito que atendeu
ao enfoque deste trabalho, pois foi o único não atrelado à má utilização da batedeira,
e sim, a uma deficiência de projeto. Este defeito na verdade pode estar atrelado a
três importantes causas, todas elas de extrema relevância: deficiência na
lubrificação, má escolha do material da engrenagem e dimensionamento incorreto
da engrenagem para a aplicação, o que reduz a vida útil do componente. Como o
nosso interesse neste trabalho se resume apenas a questões relacionadas à
morfologia de projeto, avaliaremos o terceiro caso.
De acordo com SHIGLEY, as engrenagens falham basicamente por dois
motivos: flexão, quando a tensão nos dentes ultrapassa o limite de escoamento do
material, ou limite de resistência à fadiga por flexão. Também por desgaste
superficial, quando a tensão de contato excede o limite de resistência à fadiga
superficial.
No primeiro caso, o dente de engrenagem trabalha como uma viga engastada
(na raiz), sendo solicitado durante o engrenamento. Geralmente, a falha ocorre na
raiz do dente, onde o momento fletor é máximo (HIBBELER, 2000).
O desgaste superficial, que ocorre com a engrenagem helicoidal da batedeira,
é uma falha causada por muitas repetições de tensões elevadas de contato. Seu
efeito principal é a formação de cavidades (SHIGLEY, 2005).
A formação de cavidades na engrenagem helicoidal da batedeira M775 da
BLACK & DECKER pode ser observada na figura 22.
46
cavidade
Figura 22 – Formação de cavidades na engrenagem
Fonte: Autor
Segundo a associação americana dos fabricantes de engrenagens (AGMA), a
resistência à formação de cavidades é função da condição superficial da
engrenagem, de um fator geométrico, da sobrecarga, da carga transmitida, entre
outros (SHIGLEY, 2005).
O fator geométrico da resistência superficial, cuja sigla é “ I ”, expressa o
efeito da forma do dente na equação de tensão sugerida pela AGMA. Pode ser
manipulado de forma que o efeito de diminuição da tensão seja alcançado. Por
exemplo, através do aumento do passo da engrenagem (SHIGLEY, 2005).
Percebe-se, portanto, que há uma falha no projeto destas engrenagens, que
poderiam ter melhor dimensionamento dos dentes, alcançando um efeito de forma
que reduzisse a tensão de contato. Por conseqüência, teriam suas vidas úteis
elevadas.
A tabela 1 resume as origens dos principais defeitos apontados pelas
assistências técnicas:
47
Tabela 2 - Defeitos e motivos
Motivo do defeito
Tipo de defeito
Degradação da
bucha
Desgaste dos dentes
das engrenagens
Quebra da fixação
engrenagem-batedor
Quebra do batedor
Queima do motor
Rompimento do fio
Mau –uso
Deficiência no
Projeto
Fonte: Autor
3.2 ESTATÍSTICAS DOS DEFEITOS
A partir das pesquisas realizadas em campo, pudemos levantar os gráficos
que mostram a freqüência dos defeitos para os modelos da BLACK & DECKER e da
ARNO. Os valores plotados representam uma média entre os valores obtidos nas
assistências técnicas.
Figura 23 – Batedeiras consertadas no mês X modelo da batedeira
Fonte: Autor
48
Da figura 23, pudemos verificar o modelo que vem apresentando maior
necessidade de manutenção, no caso o modelo M775 da BLACK & DECKER. A
figura 24 mostra a quantidade de batedeiras consertadas deste modelo em função
do tipo de defeito, evidenciando a enorme freqüência de intervenções devidas ao
desgaste prematuro dos dentes das engrenagens.
Figura 24 – Batedeiras BLACK & DECKER consertadas no mês X tipo de defeito
Fonte: Autor
A figura 24 mostra a quantidade de batedeiras consertadas em um mês do
modelo de comparação, o BCIR da ARNO, em função do tipo de defeito
apresentado.
Figura 25 – Batedeiras ARNO consertadas no mês X Tipo de defeito
Fonte: Autor
49
Das figuras 24 e 25, concluímos que o desgaste dos dentes das engrenagens
representa aproximadamente 69% e 67% dos defeitos presentes nos modelos
BLACK & DECKER e ARNO, respectivamente, o que é bastante relevante.
Também foi feita uma avaliação de criticidade dos defeitos apontados nas
pesquisas, onde se levaram em conta as conseqüências que as falhas podem
causar para a máquina. Neste caso, atribuímos três conceitos para a classificação:
baixa (pouca relevância), média (interfere no funcionamento) e alta (pode causar
danos ao sistema e causar riscos ao usuário) criticidade.
Tabela 2 – Classificação dos defeitos quanto à criticidade
Assistência
BEDATEC
Classificação dos defeitos quanto à criticidade
Desgaste
Queima Quebra
Quebra
dos dentes
Rompimento
do
do
da
de
do fio
motor batedor
fixação
engrenagem
alta
média
média
baixa
baixa
TITEC & CIA
alta
baixa
média
baixa
baixa
TOPA TUDO
-
-
-
-
-
SR MANUT.
alta
baixa
média
baixa
baixa
ASTECA
alta
baixa
média
baixa
baixa
Fonte: Autor
3.3 MANUTENÇÃO
A manutenção da batedeira, no que diz respeito à substituição do par de
engrenagens, pode ser compreendida como uma sucessão de seis etapas. Segundo
SACRAMENTO, são elas: diagnóstico do defeito, orçamento (realizado pela
assistência), desmontagem, intervenção (troca do par de engrenagens), montagem,
testes e entrega.
50
Diagnóstico do defeito – Consiste em examinar a máquina defeituosa e
identificar o problema. Com relação à identificação do desgaste dos dentes de
engrenagem, a primeira informação relevante é dada pelo próprio proprietário da
batedeira. Geralmente, este se dirige às assistências alegando que “o batedor está
emperrando” ou, ainda, que “o batedor não está girando”. Segundo os técnicos das
assistências colaboradoras do presente trabalho, este é um forte indício de que os
dentes do par de engrenagens possam ter sofrido excessivo desgaste. Portanto, a
substituição do par seria necessária. A suspeita pode ser comprovada com um
rápido teste de funcionamento do equipamento e, caso a dúvida ainda persista,
abre-se a carcaça que envolve o motor e as engrenagens para uma inspeção visual.
Orçamento – O orçamento do conserto de determinado defeito engloba os
custos que envolvem o serviço, que são o valor das peças a serem trocadas e o
valor da mão-de-obra necessária para efetuá-lo, bem como o prazo prometido pela
empresa para entrega da máquina em pleno funcionamento. A tabela 3 registra os
valores cotados nas assistências técnicas consultadas, para a substituição do par de
engrenagens do modelo M775.
Tabela 3 – Orçamento para troca de engrenagens
Orçamento (R$)
Assistência
Mão – de –obra Par de engrenagens Total
BEDATEC
TITEC & CIA
TOPA TUDO
SR MANUT.
ASTECA
10
8
15
8
12
8
15
8
Custo médio do conserto (R$)
Fonte: Autor
18
23
20
23
21
51
Desmontagem – Consiste em desmontar as partes que estão em volta ou
fazem parte da região defeituosa. Primeiramente, a carcaça da batedeira é aberta,
retirando-se quatro parafusos, com auxílio da chave Phillips.
Figura 26 – Chave Phillips
Fonte: Autor
Figura 27 – Detalhe dos parafusos da carcaça
Fonte: Autor
Aberta a carcaça da batedeira, o procedimento seguinte é retirar a ventoinha,
que é fixa ao parafuso sem-fim por pressão. As ferramentas utilizadas para tal tarefa
são duas chaves de fenda comuns.
52
Figura 28 – Chaves de fenda
Fonte: Autor
Figura 29 – Detalhe da ventoinha
Fonte: Autor
Para finalizar o procedimento de desmontagem, é feita remoção dos dois
parafusos de fixação engrenagem – carcaça do motor. Pudemos observar que o
processo de desmontagem é relativamente simples. No entanto, segundo relatos
dos técnicos, o procedimento inicial de desmontagem para o modelo BLACK &
DECKER
(abertura
da
carcaça)
apresenta
certa
dificuldade
devido
ao
posicionamento dos parafusos. Além disso, o segundo procedimento (remoção da
ventoinha) requer um esforço considerável.
53
Chave de fenda
Chave Phillips
Chave de fenda
Figura 30 – Ferramental de desmontagem (para BLACK & DECKER)
Fonte: Autor
Intervenção – É o conserto propriamente dito. No caso em estudo, visa
substituir o par de engrenagens com dentes desgastados por um novo.
Montagem – Consiste em reinstalar as peças que haviam sido retiradas na
fase de desmontagem. A primeira medida a ser realizada antes do início da
montagem é o que se chama de “alinhamento dos batedores”, quando as
engrenagens são posicionadas de forma que os batedores se alinhem segundo uma
configuração “+x”. No modelo BLACK & DECKER em estudo, isto é feito com
facilidade. Este procedimento é crítico, de forma que, quando mal executado,
acarreta no choque de um batedor contra o outro durante o funcionamento. O
procedimento de montagem consiste em fixar novamente os parafusos e reinstalar a
carcaça.
54
(b)
(a)
Figura 31 – (a): Modelo BLACK & DECKER; (b) Detalhe da configuração “+x”
Fonte: Autor
Teste – Feito pelo próprio técnico da assistência, com e sem a presença do
proprietário da batedeira, tem como objetivo avaliar e comprovar a qualidade da
manutenção.
Entrega – Finalizada a etapa de teste com a necessidade do proprietário
atendida, a batedeira já pode ser retirada da assistência técnica.
O tempo médio gasto pelas assistências técnicas na substituição do par de
engrenagens é apresentado na tabela 4.
Tabela 4 – Tempo gasto na manutenção da batedeira BLACK & DECKER
Assistência
BEDATEC
Tempo gasto (min)
Desmonte Retirada
Retirada da Subst. Montada
da
fixação
do par gem
carcaça ventoinha engrenagemcarcaça
1,5
2
1
0,5
4
Total
9
TITEC & CIA
2,0
2,5
1
1
4,5
11
TOPA TUDO
-
-
-
-
-
-
SR MANUT.
1,5
2
1,5
1
4
10
ASTECA
1,5
2,5
1
1
5
11
Tempo médio gasto: 10,25
Fonte: Autor
55
Segundo dados das assistências, uma parcela considerável deste tempo é
consumida na abertura da carcaça da batedeira, para o modelo M775 da BLACK &
DECKER.
3.3.1 Modelo para comparação
Além das conclusões do tópico 3.2, Estatísticas dos defeitos, os dados
obtidos
relacionados
à
manutenção
do
modelo
de
comparação,
ARNO,
possibilitaram identificar algumas diferenças em relação à manutenção do modelo
da BLACK & DECKER, descrita no tópico 3.3. Algumas destas diferenças são
listadas abaixo:
Com relação ao orçamento - Não apresenta diferença.
Com relação à desmontagem - Na abertura da carcaça, utiliza-se a mesma
chave Phillips. No entanto, este procedimento é executado com maior facilidade,
devido ao melhor posicionamento dos parafusos. A remoção da ventoinha não
apresenta diferença, assim como a dos parafusos fixação engrenagem - carcaça do
motor.
Uma etapa adicional, que antecede a remoção dos parafusos de fixação
engrenagem-carcaça do motor, é a retirada dos anéis de engrenagem. Este
procedimento requer a utilização de uma nova ferramenta, o alicate de bico.
56
Chave de fenda
Chave Phillips
Alicate de bico
Chave de fenda
Figura 32 – Ferramental de desmontagem (para ARNO)
Fonte: Autor
Com relação à intervenção - Não apresenta diferença.
Com relação à montagem - O “alinhamento dos batedores”, de acordo com os
técnicos das assistências, é a etapa de maior demanda por tempo na manutenção
do modelo ARNO. Ao contrário do que ocorre com o modelo da BLACK & DECKER,
no modelo de comparação há grande dificuldade de execução desta etapa. O
restante da montagem consiste na reinstalação dos anéis das engrenagens, seguida
pela fixação dos parafusos e reinstalação da carcaça, sendo que os últimos dois
passos não apresentam diferença em relação ao modelo M775.
Com relação ao teste - Não apresenta diferença.
Com relação à entrega - O tempo médio gasto pelas assistências técnicas na
substituição do par de engrenagens, para o modelo de comparação, é dado na
tabela 5.
57
Tabela 5 – Tempo gasto na manutenção da batedeira ARNO
Assistência
Desmonte
da
carcaça
Tempo gasto (min)
Retirada
Retirada da Subst. Monta- Total
da
fixação
do par gem
ventoinha engrenagemcarcaça
2
1
0,5
5
9,5
BEDATEC
1
TITEC & CIA
2
2,5
1,5
1
5,5
12,5
TOPA TUDO
-
-
-
-
-
-
SR MANUT.
1,5
2
1,5
1
6
12
ASTECA
1,5
2,5
1
1
6
12
Tempo médio gasto:
11,5
Fonte: Autor
O resultado apresentado na tabela 5 nos leva a crer que o tempo gasto no
“alinhamento dos batedores”, remoção e reinstalação dos anéis das engrenagens do
modelo da ARNO supera o tempo necessário para a abertura da carcaça do modelo
da BLACK & DECKER.
Do ponto de vista econômico, para as assistências colaboradoras, a
manutenção do modelo de comparação é menos interessante, visto que, para o
mesmo orçamento médio (R$ 21), a manutenção do modelo da ARNO consome
mais tempo (aproximadamente 1,3 minutos) do que o modelo em estudo, o M775 da
BLACK & DECKER.
Além disso, uma ferramenta adicional é necessária. Neste caso, o alicate de
bico, que custa em torno de quarenta reais (LOJAS AMERICANAS, 2008).
58
4. MANUTENIBILIDADE
É o mesmo que mantenabilidade. Significa a capacidade de um item ser
mantido ou recolocado em condições de executar as suas funções requeridas, sob
condições de uso especificadas, quando a manutenção é executada sob condições
determinadas
e
mediante
procedimentos
e
meios
prescritos.
O
termo
“manutenibilidade” é usado como uma medida do desempenho de manutenibilidade
(ABNT, 1994).
A manutenibilidade é um índice associado a um sistema que quantifica a
maior ou menor facilidade de uma intervenção de reparo ou de outras atividades de
manutenção (LAFRAIA, 2001).
De forma similar, pode ser conceituada como sendo a característica de um
equipamento ou instalação em permitir um maior ou menor grau de facilidade na
execução dos serviços de manutenção (KARDEC e NASCIF, 2002).
Segundo o IBAPE - Instituto Brasileiro de Avaliações e Perícias de
Engenharia, manutenibilidade é o “grau de facilidade de um sistema, elemento ou
componente em ser mantido ou recolocado no estado no qual pode executar suas
funções requeridas, sob condições de uso especificadas, quando a manutenção é
executada sobre condições determinadas, procedimentos e meios prescritos”.
O conceito de manutenibilidade também está associado ao da confiabilidade.
Se uma máquina tem maior facilidade de execução dos serviços de manutenção,
então ela é considerada mais confiável e tem menor chance de falhar. Desta forma,
a freqüência de falha se reduz e o tempo médio entre falhas aumenta.
De acordo com KARDEC e NASCIF, a confiabilidade é a probabilidade de que
um item possa desempenhar sua função requerida, por um intervalo de tempo
59
estabelecido, sob condições definidas de uso. A função confiabilidade, ou
probabilidade de sobrevivência, pode ser expressa por:
R(t ) = e − λ .t
Onde:
R(t) é a confiabilidade a qualquer tempo “t”;
E é a base de logaritmo neperiano;
λ é a taxa de falha (freqüência de falhas no intervalo de tempo) constante;
t é o tempo previsto para alteração.
Outro
conceito
muito
importante
que
está
intimamente
ligado
à
manutenibilidade é o da disponibilidade. KARDEC e NASCIF a definem como a
relação entre o tempo que o equipamento ou instalação ficou disponível para
produzir em relação ao tempo total, sendo dada pela seguinte expressão:
Onde:
TMEF é o Tempo Médio Entre Falhas, também conhecido como MTBF (Mean
Time Between Failures), dado por:
TMPR é o tempo médio para reparo, também conhecido como MTTR (Mean
Time To Repair), dado por:
A variável μ é a taxa de reparos, dada pela relação entre o número de reparos
efetuados e o tempo total de reparo da unidade.
O TMEF e o TMPR são indicadores mundialmente adotados e definem a
disponibilidade (KARDEC e NASCIF, 2002).
60
A disponibilidade pode ser melhorada aumentando-se a confiabilidade
expressa pelo TMEF, reduzindo-se o tempo gasto para o preparo, expresso pelo
TMPR, ou aumentando-se o TMEF e reduzindo-se o TMPR simultaneamente.
Conhecendo estes conceitos, podemos definir a função manutenibilidade, tida
como a probabilidade do reparo iniciar no tempo t=0 e ser satisfatoriamente
concluído no tempo t=t (KARDEC e NASCIF, 2002).
No estudo de manutenibilidade, avaliamos diversos pontos que, direta ou
indiretamente, interferem na facilidade de manutenção da máquina em estudo. Estes
pontos são expressos por indicadores, para os quais são atribuídos pesos. Os pesos
variam de acordo com a importância que o indicador tem na avaliação de
manutenibilidade. Em seguida, para cada indicador é dada uma nota, que varia de 0
a 10.
No caso da batedeira em questão, estamos interessados em avaliar
especificamente o defeito relacionado ao desgaste prematuro dos dentes das
engrenagens com o enfoque na manutenibilidade. Desta forma, observamos como
este problema se comporta sob o ponto de vista do tempo de reparo, das
ferramentas utilizadas na intervenção, na necessidade de treinamento da mão-deobra, dentre outros pontos.
É importante lembrar que os indicadores estão relacionados intimamente com
cada uma das etapas do processo de manutenção, descritas no item 3.3, e que o
custo e o tempo de manutenção são fatores primordiais, uma vez que todos os
outros indicadores, considerados aqui como secundários, acabam levando a um
deles.
61
4.1 LEVANTAMENTO DOS INDICADORES
Utilizamos o Critério do Barema de Notas e Pesos para a avaliação do projeto
com enfoque na manutenibilidade. Conforme dito anteriormente, para cada indicador
foi dado um peso correspondente, variando de 1,0 a 3,0, a depender do grau de
influência que tem na manutenibilidade das batedeiras.
Tabela 6 – Caracterização dos pesos
PESO
CLASSIFICAÇÃO
1,0 e 1,5
Menor influência na manutenibilidade
2,0
Causa prejuízos na manutenibilidade
2,5 e 3,0
Fator crítico, de grande interferência
Fonte: Autor
Da mesma forma, cada indicador recebe uma nota que avalia o grau de
adequação da batedeira em questão ao indicador. As notas seguem o critério
descrito na tabela 7. Multiplicando o peso pela nota dada, temos a pontuação da
batedeira em estudo para cada indicador de manutenibilidade.
Tabela 7 – Critério das notas
NOTA
CLASSIFICAÇÃO
0 a 3,0
Péssimo, insuficiente
3,0 a 5,0
Regular, necessita de muitas melhorias
5,0 a 7,0
Bom, porém ainda pode melhorar
7,0 a 9,0
Muito bom
9,0 a 10,0
Excelente, atende adequadamente a proposta
Fonte: Autor
62
Os indicadores utilizados foram os seguintes:
Facilidade de diagnóstico (peso 1,0): Expressa a facilidade com que o
defeito é identificado, suas causas são averiguadas e possíveis soluções são
apontadas. Este indicador reflete diretamente no tempo de reparo.
Disponibilidade de sobressalentes (peso 1,5): Determina o quão fácil é
encontrar as peças de reposição para a solução do problema. A falta de
disponibilidade de sobressalentes atrasa o início da manutenção e eleva o seu
custo. Por isso, teve peso 1,5.
Facilidade de acesso ao componente crítico (peso 2,5): Recebeu peso 2,5
devido à grande interferência que tem nas etapas de diagnóstico, desmontagem,
intervenção e montagem. Quanto maior a dificuldade em acessar o sistema, maior o
tempo utilizado e maior o custo da manutenção.
Grau de especialização exigido da mão-de-obra (peso 1,0): A depender do
nível de complexidade dos serviços necessários, pode ser necessária uma mão-deobra mais qualificada, o que torna mais oneroso processo de manutenção. Quanto
maior for o nível de especialização requerido, menor a nota dada.
Adequabilidade do ferramental (peso 1,0): Avalia se o processo requer
ferramentas ou aparelhos especiais e se estes são fáceis de serem obtidas no
mercado. O peso atribuído foi 1,0, pois, no caso da manutenção de batedeiras,
exige-se muito pouca variedade de ferramentas.
Freqüência da falha (peso 3,0): Fator de extrema importância, que
determina a confiabilidade do sistema e pode evidenciar sérias deficiências de
projeto dos componentes envolvidos na falha. Em virtude disso, o peso atribuído foi
o máximo da escala adotada, 3,0.
63
Qualidade do manual (peso 1,0): O manual deve trazer todas as
informações necessárias para que o usuário saiba como utilizar corretamente e
conservar o seu produto. Especificações técnicas e relação das assistências
autorizadas também devem constar.
Pela tabela 8 é possível observar a nota final para cada modelo de batedeira,
o que possibilita fazermos uma comparação tendo como critério a manutenibilidade.
Tabela 8 - Avaliação da manutenibilidade
Indicadores
Peso
(P)
Facilidade de diagnóstico
Disponibilidade de sobressalentes
Facilidade de acesso ao componente crítico
Grau de especialização da mão-de-obra
Adequabilidade do ferramental
Freqüência da falha
Qualidade do manual
Somatórios
Nota parcial (N)
1,0
1,5
2,5
1,0
1,0
3,0
1,0
BLACK &
DECKER M775
9,5
6,5
6,5
10,0
9,5
6,0
5,5
ARNO
BCIR
9,5
8,5
7,0
10,0
8,5
7,5
6,5
11,0
∑(PiNi)=78,5
∑(PiNi)=87,3
7,1
7,9
Nota final
Fonte: Autor
4.2 JUSTIFICATIVA DAS NOTAS
Conforme foi explícito no tópico anterior, através do Critério do Barema de
Notas e Pesos, atribuímos notas aos modelos em estudo segundo indicadores de
manutenibilidade. O presente tópico apresenta a justificativa para tais notas.
64
Facilidade de diagnóstico
O diagnóstico do defeito é feito de maneira muito fácil (ver tópico 3.3 –
Manutenção, etapa do diagnóstico) tanto em um modelo como no outro, apesar de
não haver qualquer mecanismo automático que indique o tipo de defeito quando
este está presente.
A nota atribuída aos modelos foi a mesma, 9,5 pontos, devido à similaridade
de ambos neste critério.
Disponibilidade de sobressalentes
Utilizamos como parâmetro de avaliação o número de assistências técnicas
autorizadas presentes em Salvador, as quais são responsáveis pela comercialização
das engrenagens, que são facilmente encontradas.
A quantidade de assistências multiplicada pela oferta de sobressalentes de
cada uma determina a disponibilidade de sobressalentes no mercado.
Segundo a ARNO, nove de suas assistências autorizadas estão presentes em
Salvador. Em contrapartida, há seis assistências técnicas capacitadas a manter o
modelo M775 (BLACK & DECKER, 2008).
A batedeira da BLACK & DECKER foi penalizada pelo reduzido número de
pontos de assistência técnica autorizada, recebendo nota 6,5, enquanto o modelo da
ARNO recebeu nota 8,5, o que indica que ainda pode melhorar neste critério.
Facilidade de acesso ao componente crítico
A facilidade de acesso ao componente crítico foi mensurada através do tempo
médio necessário para abrir a carcaça da batedeira, visto que esta é uma etapa
65
crítica da desmontagem (ver tópico 3.3 – Manutenção, tabelas de tempo de
manutenção).
No que diz respeito à ergonomia, a disposição da ventoinha em ambos os
modelos dificulta, com a mesma intensidade, o acesso do técnico de manutenção
aos parafusos de fixação da engrenagem-carcaça do motor. Nos dois modelos é
necessário aplicar uma força razoável para remoção da ventoinha, o que é um ponto
negativo.
Neste indicador, o desempate foi feito pelo tempo de abertura da carcaça,
onde o modelo da BLACK & DECKER se mostrou pior, recebendo nota 6,5.
Grau de especialização exigido da mão-de-obra
Segundo os técnicos das assistências colaboradoras, os modelos das marcas
BLACK & DECKER e ARNO são bem simples e parecidos, de forma que o
lançamento de novos modelos no mercado não exige, na maioria dos casos,
treinamentos ou cursos específicos dos técnicos.
Conseqüentemente os modelos receberam mesma nota (nota máxima).
Adequabilidade do ferramental
Como visto no tópico 3.3 (Manutenção), o ferramental utilizado na
manutenção dos modelos é bastante simples. O ferramental utilizado na
manutenção do modelo da ARNO difere daquele utilizado para o modelo da BLACK
& DECKER pela utilização do alicate de bico.
Como o modelo M775 utiliza apenas ferramentas básicas, presentes em
qualquer residência, recebeu nota maior que o modelo BCIR, que necessita de uma
ferramenta a mais para a execução de um serviço similar.
66
Freqüência da falha
Segundo dados levantados junto às assistências, a troca do par de
engrenagens é realizada, aproximadamente, duas vezes por ano no modelo da
BLACK & DECKER. Em contrapartida, a substituição é feita uma vez e, em alguns
casos, duas vezes por ano, para o modelo da ARNO.
Este foi considerado o indicador de maior peso na avaliação de
manutenibilidade, pois está ligado diretamente ao TMEF e, conseqüentemente, à
disponibilidade do equipamento, sendo assim um importante indicador de
confiabilidade. Os dois modelos tiveram desempenho apenas mediano neste
quesito. O modelo M775, por ter um índice de falha maior, recebeu nota 6,0,
enquanto o BCIR teve nota 7,5.
Qualidade do manual
Analisamos os manuais dos dois modelos segundo alguns critérios, tais
como: informações sobre componentes, utilização adequada, especificações
técnicas, segurança, entre outros.
Constatamos que ambos os manuais deixam a desejar no que se refere a
informações que julgamos necessárias para o consumidor, como as especificações
técnicas e detalhamento dos componentes. O modelo da ARNO, no entanto,
apresentou alguns dados a mais, como uma listagem com os defeitos mais
freqüentes e suas possíveis soluções, e, por isso, recebeu nota maior que o modelo
da BLACK & DECKER.
67
4.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Como pudemos constatar, o modelo BCIR, da ARNO, obteve melhor
desempenho frente ao modelo M775, da BLACK & DECKER, quando o critério de
avaliação é a manutenibilidade.
Observamos pela tabela 8 que houve equilíbrio entre os dois modelos em
muitos indicadores, sobressaindo-se o BCIR em quatro deles e o M775 em apenas
dois. O fraco desempenho do modelo M775 no principal indicador, freqüência de
falha, na disponibilidade de sobressalentes (em função do número menor de
assistências técnicas) e na qualidade do manual, que necessita de muitas melhorias,
foi decisivo para a obtenção da melhor média pelo modelo da ARNO.
4.4 PROPOSTAS DE MELHORIA
No que tange ao problema do desgaste prematuro dos dentes da
engrenagem, o fabricante do modelo em estudo deveria avaliar a possibilidade de
alterar o projeto das engrenagens, passando a produzi-las com maior passo, que
acresceria robustez aos dentes e, como conseqüência, resistência ao desgaste
(formação de cavidades) e maior vida útil das engrenagens.
Os bons resultados desta solução simples podem ser observados no modelo
de comparação, o BCIR, da ARNO, cuja incidência do desgaste é notoriamente
menos freqüente, de acordo com os dados de campo.
68
Figura 33 – Engrenagem do modelo BCIR, da ARNO.
Fonte: Autor
Outra alternativa a ser analisada diz respeito à substituição do material da
engrenagem, neste caso um plástico, por um material de maior limite de resistência
à fadiga superficial, por exemplo, um aço. Estudos de viabilidade devem ser feitos
para determinar o custo da produção da batedeira com este tipo de engrenagem,
que será repassado ao consumidor, de forma que o preço da batedeira para o
consumidor final se eleve a um valor tal que o aumento da vida útil desta
engrenagem compense-o.
Um aspecto que deve ser levado em conta nesta alternativa é a necessidade
de lubrificação, em decorrer do engrenamento entre o parafuso sem-fim e a
engrenagem, ambos feitos de aço. Certamente, a lubrificação mais apropriada seria
do tipo life lubrication, pois sabemos que dificilmente as donas de casa, principais
consumidoras de batedeiras, fariam a lubrificação adequada, nem levariam as
batedeiras às autorizadas para tal.
Com relação à manutenibilidade do modelo M775, da BLACK & DECKER, a
redução da profundidade e o alargamento dos sulcos, onde estão alocados os
parafusos da carcaça, facilitaria muito a abertura da carcaça durante o procedimento
69
de desmontagem, além da remontagem. Como conseqüência, haveria uma redução
significante do tempo de manutenção ao se facilitar o acesso às engrenagens.
Figura 34 – Detalhe do sulco
Fonte: Autor
A acessibilidade às engrenagens, aspecto de grande relevância na
manutenibilidade, poderia ser melhorada com a mudança da forma com que a
ventoinha é fixada ao eixo. Segundo os técnicos das assistências colaboradoras, a
remoção da ventoinha requer um esforço excessivo, uma vez que esta é fixada ao
eixo por pressão. Uma solução seria acoplar a ventoinha na extremidade do eixo
através de uma rosca usinada no mesmo. A partir daí, sua remoção não demandaria
qualquer esforço.
Figura 35 – Perspectiva da montagem anel, ventoinha e sem-fim
Fonte: Autor
70
Figura 36 – Perspectiva explodida da montagem anel, ventoinha e sem-fim
Fonte: Autor
Outra saída seria possibilitar a remoção dos parafusos da fixação
engrenagem-carcaça
do
motor
sem
remoção
da
ventoinha,
através
do
remanejamento destes parafusos para a parte superior da carcaça, para melhor
acessibilidade ao componente crítico. A figura 37 mostra o posicionamento do
parafuso de fixação logo atrás da ventoinha, o que demanda a retirada da mesma
para execução da troca do par de engrenagens.
Figura 37 – Detalhe do parafuso de fixação engrenagem-carcaça do motor
Fonte: Autor
71
Um último aspecto a ser lembrado é a necessidade do fabricante em melhorar
o manual do modelo M775, que enfatiza apenas as instruções de utilização do
aparelho e mostra de forma bastante resumida dados importantes para o usuário,
como, por exemplo, uma relação dos principais componentes. Um manual completo
deve atentar, além das instruções de uso e da relação dos principais componentes,
para informações referentes à descrição de: defeitos mais freqüentes e suas
possíveis causas e soluções, manutenção, especificações técnicas e dados sobre a
garantia do produto.
4.5 CUSTO BRASIL
De acordo com pesquisa realizada pelo Instituto Brasileiro de Opinião Pública
e Estatística (IBOPE) com 1040 mulheres (mães de família e recém casadas) em
todas as regiões do Brasil, 14% adquiriram algum eletroportátil nos últimos 12
meses.
Admitindo que a preferência por batedeiras represente 30% em relação aos
eletroportáteis, perdendo apenas para os liquidificadores, temos que 4,2% das
mulheres entrevistadas adquiriram uma batedeira.
Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no Brasil há
aproximadamente 60 milhões de famílias residentes em domicílios particulares.
Portanto, fazendo uma junção entre as informações levantadas em todas estas
pesquisas tem-se que de 2,5 milhões de batedeiras (4,2 % x 60 milhões de famílias)
foram adquiridas neste período.
Admitindo que o modelo em estudo represente 20% de todas as batedeiras
domésticas adquiridas, ao adotarmos a solução proposta (aumento do passo de
72
engrenagem) para que, no mínimo, a freqüência do defeito se iguale à do modelo da
ARNO (uma vez por ano), temos uma economia anual de aproximadamente 11
milhões de reais (20% x 2,5 milhões de batedeiras x R$ 21), levando-se em conta o
custo de manutenção que pode ser visto no item 3.3 – Manutenção.
73
5. CONCLUSÃO
O estudo realizado nos permitiu verificar, sob o ponto de vista da
manutenibilidade, as qualidades e defeitos das batedeiras M775, da BLACK &
DECKER, e BCIR, da ARNO, mostrando que é possível melhorar os projetos das
máquinas para que atendam melhor o consumidor.
O modelo BCIR se mostrou superior na avaliação final, pois apresentou maior
homogeneidade no comportamento sob o ponto de vista dos indicadores avaliados,
o que não desmerece o modelo M775, que também obteve bons números.
As propostas de melhorias feitas são bastante interessantes no sentido de
reduzir a freqüência de falha das engrenagens, principal defeito identificado. No
entanto, por se tratar de modelos “populares”, vemos que algumas destas soluções,
como a troca do material constituinte da engrenagem, não são viáveis de serem
aplicadas, pois causariam aumento considerável no preço final do produto. Isso
pode ser evidenciado quando verificamos que modelos superiores das mesmas
marcas já apresentam algumas das soluções indicadas. A própria ARNO produz
batedeiras mais caras cujas engrenagens são fabricadas em nylon, material mais
resistente. O aumento do passo da engrenagem, por sua vez, se mostra uma
solução simples e perfeitamente aplicável aos dois modelos, sem grande
interferência no custo final.
O papel social do engenheiro fica evidenciado, pois a implantação desta
melhoria, além de aumentar consideravelmente a vida útil das engrenagens,
contribuiria para uma grande economia em manutenção.
74
REFERÊNCIAS
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Mantenabilidade: Rio de Janeiro, 1994.
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Acesso em: 5 outubro de 2008; 18 de outubro de 2008.
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<www.arno.com.br/sac/manuais/baixar/batedeiras/ciranda-classic.pdf> acesso em:
7 de outubro de 2008; 8 de outubro de 2008.
BAZZO, W. A. ; PEREIRA, L. T. V. .Introdução à Engenharia Mecânica. 6.ed. –
Florianópolis : Ed. Da UFSC, 2000.
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<www.blackanddecker.com.br/bdprod/manu/M775.pdf > acesso em: 7 de outubro de
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Acesso em: 15 de setembro de 2008; 17 de setembro de 2008.
HIBBELER, R. C; Resistência dos Materiais, Rio de Janeiro: LTC, 2000.
HISTÓRIA DE TUDO. Batedeiras. Disponível em: <www.historiadetudo.com>
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75
HOWSTUFFWORKS. Como consertar uma batedeira. Disponível em:
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IBGE. Séries estatísticas e séries históricas. Disponível em:
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IBOPE. Pesquisa de intenção de compra. Disponível em:
<www.ibope.com.br/series_estatisticas>. Acesso em: 16 de outubro de 2008.
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IBPT. Tributos e mercadorias. Disponível em: < www.nossosaopaulo.com.br>.
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LAFRAIA, J. Manual de Confiabilidade, Mantenabilidade e Disponibilidade. Rio
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LOJAS AMERICANAS. Alicate de bico. Disponível em:
< www.lojasamericanas.com.br>. Acesso em: 16 de outubro de 2008.
KARDEC, Alan e NASCIF, Julio. Manutenção Função Estratégica. Rio de Janeiro:
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MATTOS, Edson Ezequiel de; FALCO, Reinaldo de. Bombas Industriais. 2. ed. Rio
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MENDONÇA, Pedro A. O. Anotações de Aula, 2008. Universidade Federal da
Bahia, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica, Elementos de Máquinas
I.
76
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em: 10 de setembro de 2008.
PUGLIESI, Márcio, 1951 – Manual completo do automóvel, São Paulo: Ed.
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SACRAMENTO, Roberto C. F. Anotações de Aula, 2008. Universidade Federal da
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SHIGLEY, Joseph Edward; Projeto de engenharia mecânica, ed. 7, Porto Alegre:
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TELECURSO 2000. Apostilas. Disponível em: <apostilas.netsaber.com.br>. Acesso
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WIKIPEDIA. Mixer. Disponível em: <en.wikipedia.org/wiki/Mixer_(cooking)>.
Acesso em: 17 de setembro de 2008
77
ANEXO A – CRONOGRAMAS DE ATIVIDADES
ATIVIDADE
COMPONENTES
FÁBIO
OK
LEONARDO
OK
Levantamento de material teórico sobre
batedeiras
OK
OK
Levantamento de material teórico sobre as
partes da batedeira
OK
OK
Pesquisa nas assistências
Levantamento de material teórico sobre
elementos de máquinas
Levantamento de fotos
NÃO OK
OK
OK
Levantamento de material teórico sobre
manutenibilidade
Confecção do trabalho escrito
Configuração do trabalho escrito
Confecção de listas, sumário, numeração, etc.
RENAN
OK
OK
OK
OK
NÃO OK
NÃO OK
NÃO OK
78
ANEXO B – ASSISTÊNCIAS COLABORADORAS
•
BEDATEC assistência técnica autorizada
Avenida Paulo VI, 1964. Parque Flamboyans
CEP: 41810-001
Pituba – Salvador, Bahia.
Fone: (71) 3351-3611; (71) 3451-6164
Email: [email protected]
Responsável: Cátia Almeida Santos
•
TITEC & CIA consertos com garantia
Rua Caetano Moura, 60.
CEP: 40210-341
Federação – Salvador, Bahia.
Fone: (71) 3247-1143.
Responsável: Benedito Ferreira Pereira
•
ASTECA
Rua do Uruguai, 120. Loja 02.
CEP: 40454-260
Uruguai – Salvador, Bahia.
Fone: (71) 3316-0108
Email: [email protected]
Responsáveis: Roberto Brito
•
ASSISTÊNCIA TÉC. AUTORIZADA TOPA TUDO RIBEIRO E BIRON LTDA.
Avenida Paulo VI, Shopping Paulo VI, 832. Térreo.
CEP: 41810-001
Pituba – Salvador, Bahia.
Fone: (71) 3351-7586
Responsável: Ana Lúcia Sá
79
•
S.R. MANUTENÇÃO
Estrada do Coqueiro Grande, 345.
Shopping Loja H 345
CEP: 41340-050
Cajazeiras – Salvador, Bahia.
Fone: (71) 3302-0470
Fax: (71) 3302-8846
Email: [email protected]