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• www.banasqualidade.com.br • Setembro • 2010Desenvolvimento e adequação de máquinas para realização de ensaios mecânicos
Conheça as etapas de desenvolvimento e adequação de três modelos de máquinas para realização de ensaios mecânicos, incluindo uma crítica do processo e as recomendações para laboratórios de ensaios que apresentam necessidades semelhantes às do laboratório onde se desenrolou este processo
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ste trabalho teve início a partir do desafio que o Laboratório de Ensaios Rhodes enfrentou em busca da acreditação pelo Inmetro – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, segundo a norma NBR ISO/IEC 17025 – Requisitos Gerais para Competência de Laboratório de Ensaios e Calibração [1].O Laboratório de Ensaios Rhodes realiza ensaios atendendo a norma técnica brasileira NBR 13962, que trata dos requisitos e métodos de ensaios para cadeiras de escritório [2]. O grande desafio teve início a partir do estudo e da interpretação minuciosa da norma utilizada. Através desse estudo foi possível realizar um levantamento e avaliação dos equipamentos de ensaios que tínhamos em nosso estabelecimento.
Para aprofundarmos na interpretação desta norma, foi de vital importância participar da revisão da NBR13962 junto ao comitê CB-15 da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Essa participação permitiu interagir de forma
cautelosa para adequar o equipamento de ensaios que tínhamos em mãos, com o objetivo de atender aos critérios da norma que estava sendo revisada.
Sob esse novo enfoque, a máquina de ensaios de cadeira – ensaios de compressão, passou por uma avaliação de não conformidades quanto ao atendimento dos requisitos da norma. As não conformidades identificadas foram analisadas, chegando a uma conclusão que o equipamento poderia ser reestruturado de forma a realizar dezesseis ensaios dos dezoito estabelecidos pela NBR13962 [3], para os outros dois ensaios restantes e visando contemplar toda a norma foi necessário o desenvolvimento de mais duas máquinas ambas com características diferentes devido tipo de ensaio a ser realizado.
As seções seguintes descrevem vários aspectos da adequação e desenvolvimento dos equipamentos, estabelece uma comparação entre suas potencialidades antes e depois da intervenção, trata dos aspectos econômicos do empreendimento, resumindo ao final,que se logrou obter desta experiência.
[Rodrigo Moreira Gonçalves] Para atender aos requisitos de ensaios propostos pela norma NBR13962, o equipamento passou inicialmente por uma
reestruturação dimensional. Foram criados vários dispositivos mecânicos para garantir o posicionamento e a aplicação de cargas nos pontos específicos da cadeira a ser ensaiada mediante a utilização de cilindros atuadores, possibilitando, a realização de dezesseis ensaios em um único equipamento. As figuras 1 e 2 mostram dispositivos do equipamento.
Também, foram usinados em nylon diversos acessórios, descritos na norma como “superfícies de carregamento”. Eles são utilizados na extremidade dos cilindros atuadores para a aplicação de cargas durante o ensaio. De acordo com a norma, estes acessórios devem atender a critérios dimensionais e devem ser calibrados. A figura 3 mostra quatro superfícies de carregamento, cujo descrição transcrita da norma NBR13962.
a) Superfície de Carregamento do Assento b) Superfície Pequena de Carregamento
c) Superfície de Carregamento Local d) Superfície de Carregamento do Encosto As figuras 4 e 5 mostram alguns dos acessórios mencionados, acoplados a cilindros atuadores, durante a execução de ensaios. O posicionamento dos cilindros atuadores, juntamente com as superfícies de carregamento, possibilita a
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• www.banasqualidade.com.br • Setembro • 2010 aplicação da carga no ponto exato da superfície do corpo de prova, conforme requisito da norma técnica. Na figura 4, pode- se ver também, encostado aos rodízios da cadeira, o travamento que impede o deslocamento da mesma, e é igualmente um acessório prescrito pela norma.A reestruturação dos comandos eletro pneumáticos do equipamento foi conseguida através de trabalho conjunto com fornecedores de equipamentos para automação industrial.
As empresas Automatron Tecnologia Industrial [4] e Festo Automação Ltda. [5] tiveram atuação importante nesta etapa. O início destas atividades foi traçado através da verificação das não conformidades do equipamento que tínhamos em mãos. Foram observados os seguintes pontos falhos:
Perda de carga no fluxo de ar;
Programação de difícil interpretação;
Forças ou cargas de aplicação indesejada;
Cilindros atuadores inadequados à força a ser aplicada;
Calibração inadequada;
Equipamento não garantia aplicação de forças segundo NBR13962.
O equipamento passou por alterações eletro-pneumáticas bastante severas, cujo resultado final foi a consecução de condições de fácil manuseio, confiabilidade e qualidade.
Foram adquiridos cilindros atuadores, visando garantir a aplicação das cargas estabelecidas pela norma NBR13962. O equipamento foi reestruturado, utilizando válvula reguladora de pressão proporcional controlada, que é mostrada na figura 6. Esta válvula é comandada por CLP (Controlador Lógico Programável), que pode ser visto na figura 7.
A válvula responde aos comandos estabelecidos pelo operador do equipamento através de IHM (interface homem máquina) que controla a carga a ser aplicada, o tempo de acionamento de cada cilindro, o intervalo de tempo entre os acionamentos, o número de ciclos e a seleção do acionamento dos cilindros. Esta configuração permite que os cilindros
possam ser acionados individualmente, combinados, ou ainda alternadamente, de acordo com os tipos de ensaio estabelecido pela norma NBR13962. As figuras 8 e 9 permitem compreender melhor a filosofia de projeto que orientou esta intervenção e os resultados que foram aqui obtidos.
Este arranjo de comandos obedece a preceitos correntes na literatura, compreendidos na Ergonomia, baseados em princípios que buscam a eficiência e a segurança na operação, e o mínimo desgaste do operador [6]. Correspondentemente, a construção do diálogo a ser estabelecido entre a máquina e o operador, bem como sua apresentação na tela, deveriam ser pautadas em preceitos ergonômicos, que são, inclusive, regulados por normas técnicas internacionais [7, 8]. Os nomes adotados para os mensurandos, suas siglas, e a sequência da apresentação das grandezas foram escolhidos de modo a otimizar a operação. Com o mesmo objetivo, foram explorados
os recursos gráficos de apresentação de telas que o sistema oferecia. Um exemplo de resultado pode ser visto na figura 9, que integra a rotina de ensaio de carga estática no encosto.
Assim como nessa figura, os demais arranjos de apresentação de informações visuais foram elaborados sempre com vistas a proporcionar clareza, inambiguidade, facilidade de interpretação e referência cognitiva confortável.
Uma avaliação destes resultados, feita posteriormente por
técnico especializado, indicou que os mesmos estão em perfeita consonância com as recomendações da literatura contemporânea, e mesmo de princípios mais robustamente estabelecidos, como os da teoria da gestalt [9].
Dados técnicos e operacionais do equipamento após a reestruturação
Trata-se de um equipamento habitualmente denominado Máquina de Ensaios de Compressão ou ainda Máquina de Ensaios de Cadeira, dedicado a testes de cadeiras e seus componentes, é um equipamento semi-automático, com tensão de alimentação de 220Vac, frequência de 60Hz, potência consumida de 120W. Os ensaios podem ser selecionados em tela programada através da tecla F4=MENU, que pertence à interface homem máquina já mencionada anteriormente, entretanto, eles não podem ser alterados durante a execução, uma vez que o programa está inserido na memória interna do CLP(Controlador Lógico Programável) que é protegido por senha. Portanto, o operador tem acesso apenas às funções de início, término e pause do ensaio. De modo geral, essa característica contribui para assegurar confiabilidade aos resultados dos ensaios, sendo este um aspecto muito atentamente observado no processo de acreditação de um laboratório.
A máquina de ensaios foi calibrada quanto a suas
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• www.banasqualidade.com.br • Setembro • 2010características passíveis de calibração. O certificado foi emitido por laboratório de calibração [10 ] acreditado pelo Inmetro, já citado anteriormente, que é a autoridade governamental brasileira que confere acreditação de acordo com a norma NBR ISO/IEC17025, também já citada.
O equipamento é capaz de realizar dezesseis tipos de ensaio cujas descrições conforme norma técnicas NBR 13962:
Ensaio de desequilíbrio para frente
Ensaio de desequilibrio para os lados em cadeiras sem apóia braço
Ensaio de desequilíbrio para os lados em cadeira com apóia braços
Ensaio de desequilíbrio para trás em cadeiras não reclináveis Ensaio de carga estática no encosto
Ensaio de carga estática horizontal no apoia braço Ensaio de carga estática vertical no apoia braço
Ensaio de fadiga conjugado no assento e no encosto para cadeira giratória operacional
Ensaio de fadiga no assento e no encosto para cadeira de diálogo
Ensaio de fadiga da borda anterior do assento para cadeira de diálogo
Ensaio de fadiga no apoia braço
Ensaio de carga estática horizontal para frente nos pés para cadeira de diálogo
Ensaio de carga estática horizontal lateral nos pés para cadeira de diálogo
Ensaio de durabilidade na regulagem de altura do assento Ensaio de carga estática na base
Ensaio de durabilidade do apoia pés
A figura 10 representa ensaio de desequilíbrio realizado pelo equipamento.
O desenvolvimento da máquina de ensaios de durabilidade ao deslocamento de rodízios é feito com o propósito de atender ao ensaio de durabilidade ao deslocamento de rodízios [11] conforme NBR13962. Para isto, o equipamento foi construído de modo a permitir que um mecanismo movimente em uma superfície de apoio uma estrutura de determinado peso em um percurso passando sobre obstáculos durante um número de ciclos obedecendo a uma frequência. Abaixo na figura 11 vista frontal do equipamento.
Foram criados acessórios mecânicos em chapas de aço para garantir o atendimento da norma técnica em questão. Estes acessórios devem atender a critérios dimensionais devendo ser calibrados. São eles, obstáculos ao deslocamento dos rodízios, estrutura e peso e ainda o peso da cadeira na íntegra que consiste em caixa com limalha de ferro capaz de simular o peso da cadeira bastando adicionar ou retirar as limalhas de ferro.
Na figura 12 e 13 pode ser visto a estrutura e peso da cadeira na íntegra e os obstáculos ao deslocamento dos rodízios.
A construção do equipamento foi conseguida através de trabalho conjunto com fornecedores de construção de dispositivos mecânicos Fendel Tecnologia [12] e a própria ferramentaria da empresa Rhodes [13]. As atividades foram traçadas de modo a construir um equipamento simples e bem objetivo.
Para isso foi, necessário a aquisição de um inversor de frequência sendo este utilizado para inverter o sentido de rotação do moto redutor, um moto redutor acoplado a uma roda com diâmetro específico que ao completar um giro caracteriza o percurso ou deslocamento da amostra que será ensaiada e um contador de ciclos conforme figura 14 capaz de selecionar e contar o número de ciclos desejados para realização do ensaio.
Os dados técnicos e operacionais do equipamento após desenvolvimento, denominado Máquina de Ensaio de Rodízios e dedicado a ensaios de durabilidade ao deslocamento de rodízios, incluíram um equipamento semi-automático, com tensão de alimentação de 220Vac, frequência de 60Hz, potência consumida de 0,75KW. O número de ciclos pode ser selecionado em tela do contador de ciclos, através de controles manuais o operador tem acesso às funções de início, término e pause do ensaio. O equipamento ainda permite montagem e desmontagem rápida do peso utilizado por meio de macaco hidráulico.
A máquina de ensaios de rodízios teve seus acessórios calibrados quanto a suas características passíveis de calibração.
O certificado foi emitido por laboratório de calibração acreditado pelo Inmetro.
O equipamento é capaz de realizar um tipo de ensaio cuja descrição confere norma técnicas NBR 13962 item 6.3.15. A figura 15 vista de cima do equipamento de ensaios.
A máquina de ensaios de durabilidade no mecanismo de rotação do assento foi desenvolvido e construído com o propósito de atender ao ensaio de durabilidade no mecanismo de rotação do assento conforme NBR13962. Para isto, foi necessário a criação de dispositivos e mecanismos capazes de girar o assento da cadeira em relação à base conforme figura 16. O equipamento permite a inversão do sentido de rotação conforme determinado número de giros e registra a totalidade dos ciclos.
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• www.banasqualidade.com.br • Setembro • 2010 Conforme ilustrado na figura 16, através dos acessórios desenvolvidos, é possível a fixação das patas e regulagem de altura do assento. Vale salientar que sobre o assento da cadeira ou amostra a ser ensaiada aplica-se uma carga uniformemente distribuída com discos de carga que pode ser aumentada conforme o número de ciclos do equipamento. Na figura 17 é mostrado o carregamento de discos de carga.A construção do equipamento foi conseguida através de trabalho conjunto com fornecedores de automação de dispositivos mecânicos Fácil Automação Industrial [14] e o setor de manutenção predial/serralheria da empresa Rhodes.
Para isso, foi necessário a aquisição de um sensor e inversor de frequência utilizado para inverter o sentido de rotação do moto redutor e comandar a frequência dos ciclos. Através de um contador de ciclos figura 18 é possível inserir o número de ciclos desejados e visualização do total de ciclos em tela.
Os dispositivos mecânicos permitem os ajustes necessários para que toda sistemática do ensaio atenda aos requisitos da NBR13962. Foi necessário a construção de três polias que são interligadas por meio de correias, uma delas é acoplada ao moto redutor, a outra polia fica na outra extremidade fixada a um dispositivo que serve como esticador das correias e uma polia dupla de mesmo diâmetro da polia acoplada ao moto redutor é fixada ao eixo central da cadeira para permitir o giro da amostra a ser ensaiada.
A figura 19 abaixo mostra uma vista frontal dos dispositivos.
Dados Técnicos e operacionais do equipamento após desenvolvimento
Trata-se de um equipamento habitualmente denominado Máquina de Ensaio de durabilidade no mecanismo de rotação do assento, dedicado a ensaios de durabilidade de cadeiras giratórias, é um equipamento semi-automático, com tensão de alimentação de 220Vac, frequência de 60Hz, potência consumida de 0,75Kw. O número de ciclos pode ser selecionado em tela do contador de ciclos, através de controle manual o operador tem acesso às funções de início, término e pause do ensaio. O equipamento é passivo de regulagens de altura visando atender vários tamanhos de cadeiras giratórias.
A máquina de ensaios de durabilidade no mecanismo de rotação do assento teve seus acessórios calibrados quanto a suas características passíveis de calibração. O certificado de
calibração foi emitido por laboratório de calibração acreditado pelo Inmetro.
O equipamento é capaz de realizar um tipo de ensaio cuja descrição confere norma técnicas NBR 13962 item 6.3.11.
Além do informe quanto aos aspectos puramente técnicos da reestruturação e desenvolvimento dos equipamentos com vistas a atender os requisitos estabelecidos pela norma, de que tratou todo o texto precedente, cabe fazer aqui uma sucinta comparação de custos entre os cenários anterior e posterior à reestruturação e desenvolvimento das máquinas. Esta análise se justifica, uma vez que todo este processo se inseriu no plano estratégico da empresa Rhodes, fabricante de componentes e acessórios para a indústria de mobiliário a qual tem, entre suas metas, a de busca permanente pela Qualidade.
Essa busca indicou, por um lado, a conveniência de dotar a empresa de um laboratório de ensaios acreditado como competente. Por outro lado, foi necessário harmonizar essa proposta com as disponibilidades e expectativas da empresa, quanto aos aspectos econômicos do investimento.
Os números a seguir permitem estabelecer as comparações pelas quais se deseja tirar uma conclusão quanto à pertinência do negócio.
- Máquina de ensaios de cadeira antes da alteração:
Valor do equipamento de que se dispunha = R$ 80.000,00 Capacidade de realização de ensaios-tipos = 3 ensaios Valor total de uma bateria de 3 ensaios = R$ 500,00 - Máquina de ensaios de cadeira após reestruturação:
Valor do equipamento que se obteve= R$ 125.000,00 Capacidade de realização de ensaios-tipos = 16 ensaios Valor total de uma bateria de 16 ensaios = R$ 3.500,00
Quanto ao valor do equipamento, os números indicam uma estimativa do valor necessário à reposição do bem, no estado e na capacidade operacional correspondentes a cada cenário. O custo total da reestruturação foi de cerca de R$
30.000,00, portanto, em termos de patrimônio, o saldo foi positivo em cerca de R$
15.000,00, ou cerca de 18% do valor inicial do bem, ou ainda 50% do valor investido.
- Máquina de ensaios de durabilidade ao deslocamento de rodízio Valor do equipamento que se obteve = R$50.000,00
Capacidade de realização de ensaio-tipo = 01 ensaio Valor total do ensaio = R$1.000,00
- Máquina de ensaios de durabilidade no mecanismo de rotação do assento Valor do equipamento de se obteve = R$50.000,00
Capacidade de realização de ensaio-tipo= 01 ensaio Valor total do ensaio = R$800,00
Quanto à capacidade de realização de ensaios, as máquinas se tornaram mais versáteis, e os ensaios que agora são capazes de realizar contemplando toda
NBR13962 têm um valor de mercado maior, por sua natureza mais específica. Através de levantamento de custos realizado pelo departamento contábil da empresa, constatou-se que a média de custos com ensaios realizados externamente eram equivalentes a aproximadamente R$ 30.000,00 por ano. Após o desenvolvimento e reestruturação dos equipamentos, a empresa realiza todos os ensaios internamente.
Isso aponta uma redução anual de 100%. Com isto, o laboratório ampliou enormemente sua capacidade de prestação de serviços de ensaios internos e externos, o que veio a constituir uma nova fonte de receitas à empresa.
Enfim, esse empreendimento foi submetido a uma avaliação inicial abrangente, focada na questão basal, a necessidade de imposição de determinadas regras de procedimento em uma atividade produtiva, e os resultados observados como decorrência dessa imposição [15]. Essa avaliação indicou que um balanço favorável foi obtido. A reestruturação e o desenvolvimento dos equipamentos de ensaios em atenderem aos requisitos estabelecidos pela norma, permitiram ao Laboratório
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• www.banasqualidade.com.br • Setembro • 2010 de Ensaios Rhodes facilidade de inter-relação do operador com o equipamento, facilidade de calibração para emissão do certificado RBC – Rede Brasileira de Calibração.Conforme anteriormente demonstrado, o empreendimento atingiu um bom resultado, do ponto de vista de retorno do investimento. A experiência mostrou a conveniência de uma estreita cooperação entre o pessoal técnico das duas partes, fornecedores e consumidores de equipamentos de laboratório.
Ressalte-se ainda, que este trabalho desenvolvido foi primordial para redução de custo dos ensaios realizados externamente e principalmente para garantir a competência e melhoria contínua do Laboratório de Ensaios Rhodes em transmitir confiabilidade e qualidade nos resultados dos ensaios e um passo significativo à acreditação pela autoridade governamental concedida em abril de 2009.
RefeRências
[1] ABNT, NBR ISO/IEC 17025:2005 – Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 2005.
[2] ABNT, NBR 13962:2006 – Móveis para escritório – Cadeiras – Requisitos e métodos de ensaio, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 2006.
[3] INMETRO, Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia, CNI/SENAI, 2ª edição, Brasília, DF, 2000.
[4] AUTOMATRON, www.automatron.com.br, Automatron Tecnologia Industrial, Cambuí, MG,2007.
[5] FESTO, Festo Automação Ltda, São Paulo, SP, 2007.
[6] J. Dul e B. Weerdmeester, Ergonomia Prática, cap.3, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP, 1991.
[7] ISO, ISO 9241-10 - Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) - Part 10: Dialogue principles, International Organization for Standardization, Genève, 1996.
[8] ISO, ISO 9241-12 - Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) - Part 12: Presentation of information, International Organization for Standardization, Genève, 1998.
[9] I. Iida, Ergonomia: projeto e produção, cap.10, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP, 2005.
[10] PANAMBRA, Certificado de calibração n° 01.127.224/06, Laboratório de Calibração Panambra, São Paulo, SP, 2006.
[11] ABNT, NBR 13960:1997 – Móveis para escritório – Terminologia, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, 1997.
[12] FENDEL, www.fendel.com.br, Fendel Tecnologia, Rio Negro, PR,2007.
[13] RHODES, www.rhodes.ind.br, Rhodes, Cambuí, MG, 2007.
[14] FACIL, www.facil.ind.br, Fácil Automação Industrial, Pouso Alegre, MG,2010.
[15] C. C. Bucich, A imposição da regra na produção industrial: Ergonomia nos processos de normalização e certificação, tese de doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 2003.
Rodrigo Moreira Gonçalves trabalha na Rhodes - rodrigo_ufsj@yahoo.com.br; laboratorio@rhodes.ind.br
