Equips de treball

En enginyeria i indústria, comprendre els conceptes físics dels materials és fonamental per a una aplicació efectiva en el disseny, la construcció i l’ús de les màquines i d’altres equips de treball. En particular, la comprensió de la elasticitat, la plasticitat, els esforços i la resistència dels materials és essencial per garantir que els equips funcionin de manera eficient i segura.

L’elasticitat d’un material determina la seva capacitat de deformar-se reversiblement sota l’aplicació d’una càrrega, retornant a la seva forma original quan la càrrega es retira. Això és crític per al disseny de moltes parts mecàniques que experimenten forces variables durant el seu funcionament.

D’altra banda, la plasticitat d’un material es refereix a la seva capacitat de deformar-se de manera permanent sota l’aplicació de càrregues, sense recuperar completament la seva forma original. Aquesta propietat és important de considerar en el disseny de peces que han de resistir càrregues per llargues durades de temps.

Els esforços i la resistència dels materials són també conceptes clau a tenir en compte en el context dels equips. Els esforços es refereixen a les forces internes que actuen dins d’un material com a resposta a les càrregues aplicades, mentre que la resistència d’un material és la seva capacitat de suportar aquests esforços sense fallar.

Combinant aquests conceptes amb el disseny i l’ús dels equips, es pot garantir un funcionament segur i eficient, evitant trencaments o fallades inesperades que puguin posar en perill la seguretat dels treballadors. És per això que és rellevant la comprensió dels conceptes físics dels materials dins de l’estudi dels equips i les seves implicacions en la seguretat laboral.

Com podeu entendre, que una estructura romangui sense moviment no significa que no suporti forces, per tant, hem de saber quines són les forces que suporta.

Tota màquina té uns elements fixos, que no es mouen o poden romandre estàtics, que son els elements estructurals d’una màquina. L’estàtica i la resistència són condicions que els determinen.

L’estàtica és fonamental per comprendre l’equilibri i la distribució de forces en estructures i màquines. Un concepte clau és el principi de l’equilibri, que estableix que la suma de totes les forces i moments en un sistema estàtic és igual a zero. Això ens permet resoldre problemes com calcular tensions en cables, forces en bigues o moments en eixos.

</newcontent>

La resistència de materials estudia el comportament dels objectes sota l’acció de tensions i deformacions. En altres paraules, analitza com els materials reaccionen quan se’ls sotmet a forces o càrregues. Aquesta àrea és fonamental per al disseny d’estructures com bigues, columnes i altres elements de la màquina. Els mètodes de càlcul ens permeten predir com es comportarà una estructura sota càrregues i quina és la seva susceptibilitat a fallar. A més, la resistència de materials estableix una relació entre les forces aplicades i els esforços i desplaçaments resultants. Per exemple, podem calcular tensions en membres estructurals i predir deformacions, que és essencial per garantir la seguretat i eficiència de les màquines. </newcontent>

L’elasticitat i la plasticitat són dues propietats mecàniques diferents però complementàries dels materials. L’elasticitat permet al material recuperar la forma original després de la deformació, mentre que la plasticitat implica la seva deformació permanent.

Aquestes propietats tenen aplicacions pràctiques en el disseny i la selecció de materials adequats per a diferents usos.

El millor per entendre aquestes dues condicions és posar un exemple: imaginem una biga d’una màquina recolzada en els dos extrems, aquesta biga podem dir que és un element estructural. Aquesta pot estar composta de diferents tipus de materials. I els materials admeten certa deformació abans que es produeixi el trencament, i aquesta deformació pot ser de dos tipus:

• Deformació elàstica: es produeix a l’inici de la deformació quan apliquem la força. És un tipus de deformació reversible, és a dir, que quan deixem de produir la força la deformació desapareix; perquè ens entenguem, és similar al que passa amb una molla, que la deformem i després torna a la seva posició original.
• Deformació plàstica: es produeix posteriorment a la deformació elàstica i és aquella deformació en la qual el material deformat ja no torna a la seva posició original. Per tant, en la deformació ha perdut part de la seva utilitat, ja que els materials es calculen per treballar dins de la zona elàstica.

Se’ns fa necessari a més definir el concepte d’esforç, que és el resultat de dividir la força que actua per l’àrea de la secció en estudi.

Per saber quin és l’esforç màxim que pot suportar un material, es fa l’assaig de tracció (figura), que consisteix a estirar una proveta d’un material conegut amb una secció establerta i veure com actua enfront de l’esforç de tracció. D’aquest estudi es poden extreure una sèrie de dades que permetran conèixer la resposta del material.

Aquest assaig mostra tres trams:

• Zona elàstica, on el material retornaria a la posició original.
• Zona plàstica, on el material es deforma permanentment.
• Zona d’esforç màxim i trencament.

També és important entendre el concepte de coeficient de seguretat.

Si volem treballar a la zona elàstica, el valor de l’esforç al qual estarà sotmesa la peça haurà de ser igual o inferior a la tensió de límit elàstic. Llavors definirem el coeficient de seguretat com:

Seria el nombre de vegades que pot superar l’esforç normal de treball per al qual s’ha projectat.

Observem aquests tres tipus d’esforços en un material: compressió, vinclament i torsió.

En el cas que la peça sobre la qual actua la compressió sigui llarga i prima, la deformació que pateix no és en forma d’escurçament de la longitud, sinó que es corba lateralment, és a dir, es vincla (figura). Aquest fenomen és de vital importància en el disseny de barres o columnes.

Per al càlcul dels elements que han de suportar vinclament, també s’ha de tenir en compte que el que interessa és que la secció tingui un moment d’inèrcia com més gran millor, d’aquesta manera el material està distribuït al més lluny possible de l’eix.

Un exemple aclaridor és comparar un cilindre sòlid i llarg, com pot ser una vareta d’acer corrugat, amb un tub que tingui el mateix pes i llargària. El tub, tot i tenir el mateix material, té un comportament més rígid enfront d’un esforç de compressió, per tant, cal més força per produir-li la flexió que provoca el vinclament (figura).

L’esforç de torsió (figura) és el que apliquem a l’eix que hi ha al mig del volant de gir del cotxe, a un cargol que fem girar amb un tornavís, o a la clau quan obrim una porta.

En aquest esforç s’ha de tenir molt en compte la geometria de la peça.

A tall de conclusió, seguint amb l’exemple de la biga, poder dirt que aquesta suporta forces que la fan deformar per la part inferior, provocant el que en direm tracció i, en sentit contrari, per la part superior aquesta força que té tendència a unir les fibres del material l’anomenarem de compressió. I l’esforç que provoquen aquestes dues deformacions s’anomena flexió.

Quan es dimensiona una peça que ha de treballar amb qualsevol dels esforços, s’ha de tenir en compte que l’esforç de treball ha de ser considerablement menor al seu coeficient de seguretat, que recordem que és el nombre de vegades que podem augmentar la força aplicada sobre la peça sense que modifiqui la seva configuració i pugui comportar un perill.

Armadures i entramats

A les teulades industrials, en les quals hi ha molta distància entre punts de suport, no es fan servir bigues, sinó entramats. D’aquesta manera, s’aconsegueix estalviar material i millorar la maniobrabilitat dels operaris que faran el muntatge.

En les estructures o entramats, anomenarem barra l’element que uneix dos punts en els quals hi ha una unió amb un altre element o barra. Els punts d’unió s’anomenen nusos.

Per calcular les forces a les quals estan sotmeses les barres, tenim diferents mètodes. El més senzill és aplicar les condicions d’equilibri de la primera llei de Newton a cadascun dels punts d’unió o nusos. Actualment, hi ha programes informàtics que fent servir aquests criteris calculen totes les forces que hi estan implicades i, a partir d’aquests, indiquen quines són les caracterítiques de la barra a triar perque sigui adequada al fi i segura pels treballadors que han de treballar-hi.

La cinemàtica estudia el moviment sense tenir en compte les forces que el provoquen.

Moltes de les peces de les màquines tenen moviment i bona part de la seva perillositat prové de la velocitat i acceleració a la qual es mouen els elements. És oportú que un tècnic en prevenció de riscos tingui nocions sobre els tipus de moviments i les magnituds que després es poden veure a normatives, catàlegs i característiques de màquines.

El moviment el podem definir com un canvi de posició, i aquest canvi de posició sempre es produeix en un temps determinat; la velocitat és la que ens relaciona els dos conceptes. Si el moviment es produeix en poc temps, és un moviment ràpid; si es produeix en més temps, la velocitat és menor.

• Velocitat instantània: si l’interval de temps és molt petit, obtindrem la velocitat que es produeix en el mateix moment. Una característica de la velocitat instantània és que sempre és tangent a la trajectòria.
• Velocitat relativa: si una determinada màquina té un moviment d’avanç i, a la vegada, un mecanisme interior de la màquina també es mou, podem dir que el mecanisme té una velocitat relativa respecte de la màquina. I per saber la velocitat absoluta d’un punt del mecanisme, hauríem de sumar la relativa respecte de la màquina més la velocitat d’avanç.
• Velocitat angular: és un concepte que ens indica la velocitat de rotació d’un element respecte d’un eix de gir; per tant, tindrà una unitat d’angle partit per temps, que s’expressen habitualment amb revolucions per minut“ o bé amb “radians per segon. Un exemple ampliament congehut és la rotació de l’eix la transmissió d’un vehicle expresat en revolucions per minut.
• Velocitat lineal relacionada amb l’angular: un determinat element que gira a velocitat angular té punts situats a diferents distàncies respecte de l’eix de gir. Si el punt està sobre l’eix, la seva velocitat lineal serà zero; si està a una distància x i volem saber-ne la velocitat lineal, haurem de multiplicar la velocitat angular en rad/s per la distància i n’obtindrem la velocitat lineal.

Per altra banda, l’acceleració és una variació de la velocitat respecte del temps. Si un determinat objecte va perdent velocitat, té una acceleració negativa. En canvi, si la velocitat va augmentant, té una acceleració positiva.

En el cas que no se segueixi una trajectòria rectilínia, l’acceleració té dos components. Un és l’acceleració normal i va directament relacionat amb la velocitat angular al quadrat i al radi de gir. Aquesta acceleració té la direcció des del punt fins al centre del radi de gir.

El segon component de l’acceleració només es dona en el cas que hi hagi una acceleració angular i és directament proporcional al radi de gir i a l’acceleració angular de cos en moviment.

La corretja permet la transmissió del moviment entre dos eixos als quals s’incorpora una politja que permet allotjar la corretja. En funció de l’ús que tinguin, n’hi ha de diversos tipus. La corretja dentada, per exemple, permet: la corretja dentada permet mantenir un sincronisme, un exemple molt aclaridor de corretja dentada és la corretja de distribució de les motos d’explosió i combustió.

La cadena permet la transmissió de moviment entre dos eixos. La diferència entre la cadena i la corretja és el material del qual està feta, i que la cadena sempre manté el sincronisme. També requereix corones i pinyons en substitució de les politges.

La transmissió de les velocitats està directament relacionada amb les mides dels diàmetres de les politges, o amb el nombre de dents del pinyó i la corona. Si la roda és més petita gira més vegades, per tant, té una velocitat angular més gran i també és capaç de transmetre més potència.

La transmissió per engranatges segueix les mateixes lleis de velocitats, però la particularitat és que els engranatges actuen d’una forma similar a les rodes de fricció amb un punt de tangent comú. Normalment, els engranatges estan allotjats dins d’una caixa que permet realitzar una lubricació i, a la vegada, minimitza els riscos de patir accidents.

Tota transmissió de velocitats segueix la mateixa llei en la qual existeix proporcionalitat entre les mides de les rodes, ja siguin politges, pinyons o engranatges de qualsevol tipus.

Amb vista a la seguretat, convé fer servir la lògica que ens porta a protegir la persona de tot allò que sigui susceptible de provocar accidents. Com més gran sigui la velocitat o l’acceleració, més gran és el risc; per tant, la tasca preventiva anirà dirigida a avaluar el risc i posar mitjans que permetin reduir-lo.

La dinàmica estudia quines són les causes del moviment i permet conèixer si un determinat element, per exemple, serà difícil d’aturar per la inèrcia que dugui, o el mal que pot fer en cas que hi hagi un accident.

Definim el concepte d’energia com la capacitat d’un sistema per realitzar un treball.

Un sistema acostuma a tenir dos tipus d’energia:

• Energia cinètica: és l’energia que tenen els cossos a causa del seu moviment.
• Energia potencial: fa referència a la posició que ocupen els cossos, la qual pot donar-los la capacitat de produir treball. Aquesta capacitat depèn bàsicament de l’altura a la qual es troben els cossos.

El concepte de potència ajuda a definir les característiques mecàniques d’una màquina.

La fórmula s’expressa així:

Les màquines que podríem anomenar sòlides tenen una estructura que es mou per l’acció de forces. Aquestes forces poden ser provocades per fluids que circulen per conductes.

La hidroestàtica és la part de la mecànica de fluids que estudia el comportament mecànic dels líquids, i per extensió de molts gasos, quan es troben en equilibri estàtic.

Una de les màquines que més accidents provoca és la premsa hidràulica que funciona seguint l’anomenat principi de Pascal.

Són molts els dispositius d’ús habitual en la indústria que utilitzen fluids en moviment: oleoductes, canals, canalitzacions d’aire condicionat, màquines hidràuliques; la hidrodinàmica s’encarrega de l’estudi de tots aquests dispositius i de les equacions que hi intervenen.

Seguidament, podeu veure una sèrie de conceptes sobre la mecànica de fluids:

• El flux de corrent d’un fluid pot ser ordenat o desordenat; si és ordenat direm que és un règim laminar, si presenta turbulències i escumes podrem dir que és turbulent.
• Un flux és laminar quan les diferents partícules del fluid es mouen seguint trajectòries paral·leles i formen capes o làmines.
• Un flux és estacionari quan, en un determinat punt de la massa fluida, la velocitat de les diferents partícules és sempre la mateixa.
• S’entén per cabal la quantitat de fluid que travessa una secció donada per unitat de temps. Aquesta quantitat es pot expressar en massa o en volum. Per tant, parlarem de cabal màssic i de cabal volumètric.
• L’equació de continuïtat estableix que per a fluids incompressibles i amb flux laminar i estacionari, el cabal volumètric de líquid que passarà per cada tram serà constant; per tant, si la secció disminueix, la velocitat del fluid augmentarà.
• El concepte de pèrdua de càrrega implica que quan el fluid va passant per les canonades va perdent part de l’energia en el fregament amb la superfície interna de la canonada. Això obliga a sobredimensionar les pressions a la sortida de la bomba per, d’aquesta manera, aconseguir la pressió de treball a l’extrem de la canonada.

Tots els conceptes expressats fins ara són vàlids tant per a líquids com per a gasos, tots menys el de continuïtat, ja que la continuïtat implica incompressibilitat i els gasos són compressibles.

Industrialment, l’aprofitament dels fluids es fa per aconseguir moure màquines. Si la força que s’ha de fer no és excessivament gran, es pot fer servir la pneumàtica; si les forces són grans, es farà servir la hidràulica.

El circuit pneumàtic és un conjunt d’elements disposats de tal manera que, per mitjà d’aire comprimit, realitzin un treball o executin una sèrie d’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.

En el disseny de tota màquina és molt important conèixer quins en són els riscos potencials i treballar per minimitzar-los. Per tant, és important que si es dissenya una nova màquina, o es fan variacions sobre una màquina que ja existeix, es tingui en compte la seguretat dels operaris que treballaran amb la màquina.

La hidràulica permet fer forces molt més grans que la pneumàtica i mantenir-les. Pensem, per exemple, en els carretons elevadors, o també tenim els anomenats transpalets o portapalets (petits carretons amb accionament manual). La hidràulica és una tecnologia molt estesa en la indústria i té un potencial de risc més gran que la pneumàtica, ja que les forces poden ser elevadíssimes; per tant, s’hauran de proveir mitjans de seguretat que permetin eliminar els riscos i treballar amb seguretat.

Tot sistema hidràulic té una vàlvula limitadora de pressió, de forma que la pressió màxima del circuit està controlada.

Podem establir sis punts bàsics de seguretat en els equips de treball. El seguiment ordenat d’aquest sis punts ens fan treballar de forma estructurada, cosa que permet aconseguir més qualitat en el procés d’anàlisis dels elements de seguretat.

Els punts bàsics de seguretat són els següents:

• Descripció de perills.
• Selecció de mesures de seguretat.
• Prevenció intrínseca.
• Protecció.
• Observació d’advertències del fabricant.
• Dispositius complementaris de seguretat.

Una màquina pot generar diversos perills que produeixen riscos. No hem d’oblidar que el perill està sempre present i que no es pot quantificar, però el risc sí que és quantificable. Es pot reduir el risc sobre el qual actuarem des del disseny del lloc de treball fins a l’elaboració de normes o instruccions de treball.

Els perills es poden manifestar de diferents formes. Alguns dels més comuns són:

• Perill mecànic: cops, atrapaments, talls, projecció de materials o fluids a pressió.
• Perill elèctric: enrampament, cremades, electrocucions.
• Perill tèrmic: produït per ambients excessivament calents o freds.
• Perill degut a sorolls o vibracions: sordesa, trastorns neurològics o vasculars.
• Perill produïts per radiacions: cremades…
• Perill deguts a defectes ergonòmics: inadaptació, sobreesforç, fatiga.

Per descomptat, un mateix equip de treball pot presentar més d’un perill alhora.

Una mesura de seguretat permet disminuir el risc al qual estan exposades les persones que entren en contacte amb la màquina o els seus voltants. Les podem dividir en:

• Mesures de prevenció integrades.
• Mesures de prevenció no integrades o externes a l’equip.

Les mesures no integrades o externes a l’equip requereixen l’esforç de portar i acompanyar l’equip sempre d’aquestes mesures, Per aquest motiu, en general, i sempre que sigui possible, s’ha de garantir la seguretat fent servir mesures de prevenció integrades, ja que la incoporació de la mesura en la mateixa eina o màquina, sovint facilita un ús prudent i el seguiment de les mesures de seguretat establertes pel fabricant o per les normes del procés productiu.

La prevenció intrínseca consisteix a evitar els perills o reduir els riscos en el manteniment de l’equip, reduint-ne l’exposició i ajustar les capacitats de l’operador a la manipulació o ús que n’ha de fer.

Així, quan, a fi d’evitar o controlar un risc específic per a la seguretat o salut dels treballadors, la utilització d’un equip de treball s’hagi de fer en condicions o formes determinades, que requereixin un coneixement particular per part d’aquells, l’empresari adoptarà les mesures necessàries perquè la utilització del dit equip quedi reservada als treballadors designats per fer-ho.

Tanmateix, s’ha de fer un manteniment adequat dels equips de treball perquè conservin durant tot el temps d’utilització unes òptimes condicions d’ús. Aquest manteniment s’ha de fer tenint en compte les instruccions del fabricant o, si no n’hi ha, les característiques d’aquests equips, les condicions d’utilització i qualsevol altra circumstància normal o excepcional que pugui influir en el deteriorament o el desajustament. En aquest sentit, hem de tenir en compte que les operacions de manteniment, reparació o transformació dels equips de treball la realització dels quals suposi un risc específic per als treballadors només poden ser encomanades al personal especialment capacitat per fer-ho.

D’altra banda, és important saber que per fer la màquina més segura es pot actuar de dues formes diferents: evitant perills i reduint l’exposició al risc.

Per evitar perills es fa necessari:

• Evitar que l’equip tingui sortints o arestes tallants.
• Fer els mecanismes intrínsecament segurs: obertures petites en què no càpiguen els dits o mans, ocultar els elements de transmissió de forces, modificar l’eina per limitar els esforços que la persona ha de realitzar per manipular-la.
• Tenir en compte els principis físics de resistència de materials: és important saber que els materials de l’equip sotmesos a sobreesforços provoquen fatiga a les peces.
• Utilitzar materials adequats per a l’esforç que han de soportat (en la fase de disseny).
• Fer servir tecnologies de limitació de potencia/velocitat o fonts d’alimentació que no afegeixin risc elèctric a l’equip i siguin adequades.
• Utilitzar dispositius d’enclavament d’acció mecànica positiva. Són elements que en moure’s n’arrosseguen d’altres, cosa que garanteix un correcte posicionament.
• Es dissenyaran per ordre de prioritat ascendent com s’indica seguidament:
  • Sistema normal: en el qual no es fa servir cap mena de material especial.
  • Seguretat positiva: deixa la màquina en condicions de seguretat davant una fallada.
  • Seguretat a una fallada: mitjançant més d’un element de seguretat; d’aquesta manera, un possible error no té conseqüències.
  • Seguretat autocontrolada: es produeix un control de les fallades, de manera que es necessiten dues errades simultànies perquè es produeixi una situació perillosa.
• Formes de comandament especials o comandaments sensitius que requereixen una pulsació contínua.
• Dissenyar equips hidràulics o pneumàtics segurs.
• Aplicar principis ergonòmics: seran assumits pel mateix disseny de la màquina, considerant el seu lloc d’emplaçament, la disposició dels seus elements, el règim i les condicions de funcionament.

• Que l’equip tingui alguna certificació de seguretat, com la que suposa tenir el marcatge CE.

Les possibles accions per reduir l’exposició poden ser, entre d’altres, les següents:

• Mecanitzar els processos d’elevació o transport dels equips.
• Traslladar la ubicació dels punts de reglatge i operació fora de les zones perilloses.
• Robotitzar les operacions de coincidència amb accions humanes que puguin comportar risc.
• Organitzar els processos per reduir el nombre de repeticions i, en general, l’esforç humà.
• Incoporar elements de detecció electrònica d’errades de sistema.
• Dotar a les màquines de sistemes autoneteja.

Amb la finalitat de protegir-nos contra els riscos que no podem evitar o contra els que no es poden reduir suficientment mitjançant les tècniques de prevenció intrínseca, s’aplica la protecció, per a la qual s’han de tenir en compte els punts següents:

• Sempre que sigui possible, les parts o els elements perillosos d’un eina han de ser eliminats o tancats.
• Quan es requereixi per a la seva versatilitat, s’hi hauran d’incorporar diferents tipus de protecció segons l’ús que se’n faci.
• Per a elements mòbils de les màquines i eines, els resguards han de ser enclavats. Per arreglar-los, s’haurà de tallar el subministrament elèctric.
• Les operacions de manteniment s’han de dur a terme fora de la zona de perill.
• El lloc de treball ha d’estar dotat de prou il·luminació; si fos necessari, es posarà il·luminació suplementària i tensions de seguretat.
• Els mitjans de protecció han de ser sòlids, tenint en compte les característiques de resistència i que no provoquin danys afegits al treball.
• Es farà formació sobre el funcionament de l’equip i es donarà informació sobre els riscos d’accident que hi pugui presentar.

Observeu tanmateix, per a una informació més detallada sobre la protecció, l’annex I del Reial decret 1215/1997, de 18 de juliol, pel qual sestableixen les disposicions mínimes de seguretat i salut per a la utilització pels treballadors dels equips de treball.

Sempre és necessari seguir les normes que ens indica el fabricant mitjançant la consulta del manual d’instruccions sobre instal·lació i manteniment, on sempre hi ha un apartat destinat a les advertències de seguretat.

No obstant això, les operacions de manteniment, reparació o transformació la realització de les quals suposi un risc específic per als treballadors només podran ser encomanades al personal especialment capacitat. Habitualment, això deriva en serveis externs especialitzats (empreses mantenedores autoritzades pel fabricant o per la legislació específica), però quan aquestes opraracions pugui ser realitzades per l’usuari i l’empresari vulgui fer-se càrrec d’aquestes opracions a través dels seus propi personal, aquest haurà de disposar de la formació i l’ ensinistrament necessaris per fer-ho.

Ús de dispositius complementàris de seguretat

Ús dels equips de treballs

Condicions generals d'utilització dels equips de treball