CSHT - CEFET RJ HIGIENE DO TRABALHO 1

PROF : Francisco Carlos C. Martins

VIBRAÇÕES MECÂNICAS

ÍNDICE

1) INTRODUÇÃO 1

2) DEFINIÇÃO 1 3) DE ONDE VEM A VIBRAÇÃO? 2 4) GENERALIDADES 2

5) TIPOS DE VIBRAÇÕES 3 6) NORMAS UTILIZADAS 3

7) LIMITES DE TOLERÂNCIA 4 8) DOENÇAS CAUSADAS PELAS VIBRAÇÕES 4

9) MÉTODOS 5 10)PROFISSÕES E ATIVIDADES SUJEITAS A VIBRAÇÕES 6

11) MEDIDAS PREVENTIVAS 7

12) ANÁLISE DE VIBRAÇÕES 7 12.1)LABORATÓRIO DE ANÁLISE DE VIBRAÇÕES 8 12;2) INSTRUMENTAÇÃO 8 13) CONCLUSÃO 9

1) INTRODUÇÃO Sabe-se que em qualquer processo industrial podem ser gerados esforços devidos a choque e

vibração, provocando efeitos nocivos não somente sobre o meio ambiente como também

sobre equipamentos ou dispositivos.

Além dos problemas de caráter mecânico, diversos estudos tem demonstrado que as

vibrações causam efeitos indesejáveis sobre o corpo humano.

2) DEFINIÇÃO Vibração é movimento periódico, ou aleatório, de um elemento estrutural ou peça de uma

máquina: movimento repetitivo a partir de uma posição de repouso.

Embora praticamente inevitável e algumas vezes até necessária, ela pode causar problemas

de saúde para quem sofre seus efeitos. Estes problemas podem ir desde a sensação de

enjôo, quando se viaja de navio ou avião, até a trepidação incômoda de britadeiras ar

comprimido.

Os engenheiros sabem que a vibração pode danificar máquinas e estruturas, e por isto mesmo

deve ser controlada e/ou isolada. Da mesma forma, o corpo humano também pode ser afetado

- daí a necessidade de medir e estabelecer limites para a vibração, como agente de

insalubridade no trabalho.

3) DE ONDE VEM A VIBRAÇÃO?

Na prática, é muito difícil evitar a Vibração. Geralmente ela ocorre por causa dos efeitos

dinâmicos de tolerâncias de fabricação, folgas, contatos, o atrito entre peças de uma máquina

e, ainda, devido a forças desequilibradas de componentes rotativos e de movimentos

alternados. É comum acontecer que vibrações insignificantes excitem as freqüências de outra

peças da estrutura fazendo com que sejam ampliadas, transformando-se em vibrações e

ruídos indesejados.

Entretanto, às vezes, a vibração mecânica realiza um trabalho útil. Por exemplo, podemos

provocar a vibração intencionalmente em dispositivos alimentadores de componentes ou

peças numa linha de produção, em compactadores de concreto, em banhos de limpeza ultra-

sônicos, em britadores e bate-estacas. Máquinas vibratórias de ensaio são bastante usadas

para transmitir um certo nível controlado de Vibração aos conjuntos e subconjuntos.

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É necessário examinar suas respostas físicas e funcionais, de modo a assegurar de sua

resistência à vibração ambiental.

Uma exigência básica de todo trabalho vibratório, seja no projeto das máquinas que usam

energia vibratória, seja obtendo e mantendo o bom funcionamento de aparelhos mecânicos,

está na capacidade de se conseguir uma avaliação exata dessa vibração por meio da medição

e análise.

4) TIPOS DE VIBRAÇÕES

a) Transmitidas ao corpo inteiro: são de baixa freqüência e grande amplitude, situam-

se na faixa de 1 a 80 Hz, mais especificamente 1 a 20 Hz. Também são enquadradas

como vibração no corpo inteiro os casos de enjôo que compreendem as freqüências na

faixa de 0,1 a 0,63 Hz. Tais vibrações são mais críticas em atividades relacionadas aos

meios de transporte e são tratadas na norma ISO 2631.

b) Vibrações que atingem um segmento do corpo (localizadas): são as mais

estudadas, situam-se na faixa de 6,3 a 1250 Hz. Ocorrem principalmente nos trabalhos

de escavação, na construção de galerias, quebra de pedras e madeireiras. São

relacionadas na norma ISO 5349.

5) NORMAS UTILIZADAS As normas ISO 2631 e 5349 foram todas revisadas e atualmente trabalham com o limite para

nível global. Recomendamos que sejam ainda realizadas medições em 1/3 de oitava por

fornecerem mais detalhes na avaliação.

O anexo 08, NR-15 da Portaria 3214 estabelece que a insalubridade por vibração será

aracterizada quando o trabalhador se expuser à vibrações sem proteção adequada. Todavia, o

tipo de proteção ideal não é sequer sugerido pela norma. Não temos conhecimento de

nenhum equipamento eficiente e adequado para esse fim que seja comercializado no Brasil.

Assim, a insalubridade por esse agente só poderá ser eliminada através de medidas coletivas.

A Norma ISO 2631 Avaliação da exposição humana à vibração de corpo inteiro - Parte

1: Requisitos gerais define métodos de medida da vibração de corpo inteiro e indica os

principais fatores que combinam para determinar o grau de aceitabilidade à exposição da

vibração.

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Ela traz informações e orienta quanto aos possíveis efeitos da vibração sobre a saúde, o

conforto, o limite de percepção, na faixa de 0,5 a 80Hz, e o enjôo, para frequências entre 0,1 e

0,5 Hz.

Esta Norma, no Anexo C - Conforto, apresenta um consenso das opiniões sobre a relação

entre a severidade da vibração e o conforto humano. Ela fornece método uniforme e

conveniente de estabelecimento da severidade subjetiva das vibrações em prédios e veículos,

sem entretanto estabelecer limites específicos de aceitação.

A Norma ISO 2631 - Parte 2: Vibrações contínuas e induzidas por choques em prédios

(1 a 80 Hz) apresenta um guia para aplicação da ISO 2631-1 sobre resposta humana à

vibração dos prédios, incluindo curvas ponderadas, em função da frequência, de igual nível de

perturbação para os seres humanos, junto com métodos de medida a serem utilizados.

A Norma ISO 2631-2 sugere que para ambientes específicos é possível avaliar o efeito das

vibrações sobre o conforto das pessoas usando o valor quadrático médio (eficaz) da

aceleração ou velocidade ponderada, medida num período representativo em relação ao

comportamento da fonte de excitação. Essa ponderação é feita em função da frequência, de

acordo com curvas estabelecidas conforme o eixo em que a vibração atinge o corpo humano

(xfrontal, y-lateral ou z-longitudinal) nas posições em pé, sentado ou recostado.

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Esta norma, em seu Anexo A – Informações sobre critérios de avaliação utilizados

atualmente, apresenta tabela experimental utilizada em diversos países, com níveis de

intensidade de vibração dos prédios considerados satisfatórios, como uma “contribuição para

divulgação do estado da arte sobre o assunto”.

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6) LIMITES DE TOLERÂNCIA 6.1 Avaliação do Conforto Ambiental

Para avaliação da vibração dos prédios quanto ao conforto ambiental utiliza-se a Severidade

da Vibração Ponderada - SVP, através de níveis estabelecidos em função da área de cupação

do prédio, do período, de dia ou de noite, e do tipo de vibração, conforme tabela 1

apresentada a seguir.

Níveis satisfatórios de Severidade da Vibração Ponderada – SVP com relação ao

conforto das pessoas nos prédios .

1) Máximo valor eficaz instantâneo da velocidade de vibração ponderada, VPef (t0), em mm/s

2) Níveis de severidade de vibração ponderada abaixo dos quais a probabilidade de reação é

baixa. Não é considerado qualquer ruído acústico causado por vibração de portas, janelas ou

paredes.

3) É admitida uma tolerância de 15 % em relação aos valores medidos.

7) DOENÇAS CAUSADAS PELAS VIBRAÇÕES

A utilização de instrumento vibrantes, como marteletes pneumáticos, lixadeiras, perfuratrizes,

moto-serras etc. causam, depois de alguns anos de trabalho, lesões deformantes das

articulações das mãos e dos punhos, em maior e menor grau.

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A vibração também provoca uma doença na circulação arterial da mão, que atinge

principalmente os dedos do indivíduo, e que se caracteriza por bloqueio da circulação local

quando a mão e exposta ao frio.

A prevenção a nível médico e feita por meio de exames periódicos dos indivíduos expostos,

para diagnosticar precocemente as alterações e, portanto, evitar a completa instalação da

doença.

Doença de Kienböck do Adulto (Osteo-condrose do Adulto do Semilunar do Carpo) e outras

Osteocondro-patias especificadas - Vibrações localizadas.

8) MÉTODOS Entre todos pacientes recuperados junto à Clínica de Medicina do Trabalho da Universidade

de Milão nos últimos dois anos, foram selecionadas 40 pessoas que apresentaram um

histórico de trabalho com utilização de instrumentos vibratórios por, no mínimo, cinco anos,

com um período de eventual parada de exposição não superior

a 10 anos que acusavam há pelo menos um ano uma sintomatologia suspeita de neuropatia.

Para cada uma dessas pessoas foi feita análise do trabalho em particular, no que diz respeito

ao tipo de atividade desenvolvida, ao tipo de instrumento vibratório utilizado, ao tempo de

exposição em anos, à utilização média do instrumento vibratório (não

diário, diário, menor que quatro horas/dia) o tipo de uso do instrumento (mono ou bi-manual) e

a dominância da mão.

Os indivíduos foram portanto submetidos a um diagnóstico protocolar,compreendendo a

seguinte pesquisa:- anamnese patológica com referência particular aos sintomas do tipo

vascular e osteoarticular; para as manifestações neurológicas foi investigado tanto a

apresentação de parestesias (desordem das sensibilidades) e hipostenia (diminuição de

forças) ligadasao movimento ou à postura, como à presença de manifestações particularmente

evocativas da Síndrome do Túnel do Carpo (STC) (parestesias noturnas e ao acordar com

irradiações no território do mediano);

- exame objetivo geral e direcionado aos punhos, trâmite das manobras diagnósticas de

Tinel (compressão, no suster-se no ar) e de Phalen (flexo-extenção);

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- visita neurológica com estudo eletrofisiológico das transmissões das manobras

diagnósticas executadas com eletromiógrafo Nicolet Viking EL a dois canais

compreendendo a velocidade de transmissão (VdC) no trecho cotovelo-punho, na

extensão punho-dedo do potencial de ação muscular (CMAP) dos nervos mediano e

ulnar (do osso cúbito do antebraço) e a VdC de sensibilidade no trecho dedo-punho e

palma-punho para o nervo mediano e no trecho dedo-punho para o nervo ulnar.

Foram considerados alterados os valores superiores à média +2,5 DS no que diz espeito

cargo do sistema nervoso periférico. Há muito são citadas várias manifestações clínicas do

tipo neurológico (parestesia, hipostenias, déficits motores) (2, 9, 15, 17) nas pessoas com

exposição laboral aos instrumentos vibratórios, tanto que em 1986 foi codificada uma

classificação de tais distúrbios (3).

Diversas são as hipóteses creditadas na sua etiologia-patológica: são considerados

mecanismos que prendem em armadilha o nervo único (12), insuficiências vasculares a cargo

das terminações nervosas (24), mas tais autores descrevem também estados de neuropatia

primária com um enquadramento não definido (17), quadros de edema intra-neural ligado a

um sofrimento do nervo e nos filamentos fibrosos (13).

Através do estudo de um grupo de indivíduos expostos às vibrações mão-braço que

denunciavam uma sintomatologia neurológica de tipo sensitivo-motora aos membros superiores,

temos conduzido um aperfeiçoamento.

9) PROFISSÕES E ATIVIDADES SUJEITAS A VIBRAÇÕES

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10) MEDIDAS PREVENTIVAS

Uma forma de controle é a de efetuar assentamento, isolando o equipamento de forma a evitar

os efeitos supra mencionados, mediante a utilização de elementos eficazes e seguros.

11) ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

que é Análise de Vibrações?

É a análise das freqüências de vibração presentes em uma máquina, sendo feita a medição e

interpretação dos valores obtidos.

Qual é o objetivo da Análise de Freqüência das Vibrações?

O objetivo da análise de freqüências é determinar as amplitudes de vibração de cada

freqüência entre as diversas normalmente presentes no funcionamento de uma máquina .

Para que saber a amplitude de cada freqüência?

Para determinar as causas das vibrações, tendo em mente que cada elemento de uma

máquina em movimento rotacional ou alternado produz vibrações em freqüências

características, preferencialmente em múltiplos da rotação nominal, chamadas "harmônicas".

Podem ainda ocorrer ressonâncias de componentes estruturais e altas freqüências deituosos

e engrenamentos.

Quando deve ser feita a Análise de Freqüências?

A medição do nível de Severidade de vibração permite apenas saber se o valor global da

vibração em uma máquina excede valores limites de tolerância (ISO 2372). Os valores de

vibração medidos desta forma não são suficientes para determinar as causas das vibrações,

que só podem ser obtidas por uma análise de freqüências.

O ensaio para vibrações mecânicas, em muitas fábricas, é um método indispensável na detecção

prematura de anomalias de operação em virtude de problemas, tais como falta de balanceamento das

partes rotativas, desalinhamento de juntas e rolamentos, excentricidade, interferência, erosão

localizada, abrasão, ressonância, folgas, etc..

Um sensor piezoelétrico é acoplado ao mancal ou chassis da máquina ou componente em questão.

Este sensor, através de um aparelho indica a quantidade e direção da vibração detectada. Bom

conhecimento teórico e pratico do operador, são essenciais ao sucesso do ensaio.

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O método tem se provado particularmente útil na monitoração de operação mecânica de máquinas

rotativas (ventiladores, compressores, bombas, turbinas, etc.), na detecção e reconhecimento da

deterioração de rolamentos, no estudo de mau funcionamento típicos em maquinaria com regime cíclico

de trabalho, laminadores, prensas, etc., e na análise de vibrações dos processos de trincamento,

notadamente em turbinas e outras máquinas rotativas ou vibratórias.

Este método também permite uma grande confiabilidade na operação de instalações e na interrupção

de uma máquina em tempo hábil, para substituição de peças desgastadas.

Na usinagem mecânica com ferramental sofisticado, a medição das vibrações é essencial para a

melhoria da qualidade final do produto. 0 método é aplicado na engenharia civil para o estudo do

comportamento das estruturas sujeitas a carregamento provocados por um tráfego de alta velocidade.

Ensaio de Análise de Vibrações é um método muito valioso, pois a identificação das falhas no

monitoramento de máquinas e motores é feito por medições eletrônicas das vibrações, não percebidas

por nossos ouvidos, eliminando assim a subjetividade do técnico.

11.1)LABORATÓRIO DE ANÁLISE DE VIBRAÇÕES

OBJETIVO

O laboratório de Análise de Vibrações está instalado no galpão do Circuito Termohidráulico de

70 Bar (CTE-70) do Centro de Engenharia Nuclear (CEN) e tem por finalidade a realização de

experimentos controlados de vibração em máquinas rotativas. Possui um simulador de falhas

em maquinaria da Spectra Quest que possibilita o estudo do espectro de vibração de

diferentes falhas em componentes mecânicos. O objetivo final é aprender a diagnosticar a

ocorrência de falhas em componentes mecânicos a partir da análise daqueles espectros.

.

11.2) INSTRUMENTAÇÃO

O simulador da Spectra Quest foi instrumentado com 8 acelerômetros, instalados em posições

estratégicas no interior do simulador, de maneira a captar da melhor maneira possível os

sinais correspondentes à vibração dos componentes mecânicos defeituosos. Os

acelerômetros possuem internamente um pré- amplificador integrado ao corpo do sensor, que

possibilita a transmissão mais eficiente do sinal até os módulos de condicionamento de sinal

eletrônicos. Por esta razão, necessitam de uma fonte de alimentação elétrica.

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Os sinais dos acelerômetros passam inicialmente por filtros amplificadores e isoladores. Estes

filtros limitam a faixa de freqüências dos sinais, removendo desta forma freqüências

indesejáveis, isolam os sinais de forma a eliminar malhas de terra, e amplificam os mesmos

adequadamente com vistas à conversão analógica digital. Os sinais condicionados são

coletados por uma unidade de aquisição de dados ( um cartão da National Instruments

inserido num computador de mesa) onde os sinais analógicos são convertidos para digital e

enviados ao computador para classificação em uma base de dados. Os dados coletados são

analisados “off line” em outro computador. É possível ainda realizar a análise de assinatura

dos dados coletados por meio do reconhecimento de padrões, e com isto, identificar um

componente mecânico defeituoso.

12) CONCLUSÃO A vibração aparece como um importante agente físico que provoca desconforto e em alguns

casos enfermidades em trabalhadores da indústria. Nas perícias e na engenharia de

segurança os problemas da vibração já começam a ficar evidentes, devido ao aumento de

reclamações e processos de adicionais de insalubridade e aposentadoria especial.

Contudo, procedimentos padronizados para a obtenção de resultados compatíveis necessitam

ser discutidos. Os dados obtidos para comparações com os limites especificados pelas

normas devem ser confiáveis exigindo metodologias e desenvolvimento de técnicas de

medição no posto de trabalho.

A utilização de calibradores manuais, dispositivos ergonômicos e de equipamentos adequados

e calibrados [6] é uma exigência a ser aplicada em qualquer processo de medição de vibração

no corpo humano.

Em 1986 a American Conferencie Industrial Hygienist [8] adotou critério limites mais restritivos

para a exposição permitida diariamente à vibração localizada. E, a Prefeitura Municipal do Rio

de Janeiro já vem a algum tempo cogitando em fazer um programa ambiental para

monitoramento da exposição da vibração nos cidadãos.

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