Conceptes generals sobre màquines

Les màquines són una font de risc. Per aconseguir minimitzar-ne el risc, hem de conèixer els fonaments de les diferents tecnologies que permeten construir màquines.

Per això, cal conèixer conceptes que fan referència a resistència de materials, velocitats, energies, fluids i, finalment, conèixer també els elements d’un projecte.

Tots aquests conceptes han de permetre entendre allò que expressen els textos legals des del punt de vista tecnològic.

Estàtica i resistència de materials

Tota màquina té una part fixa, o que no es mou; si un determinat element no es mou, podem dir que està en equilibri. El fet que estigui en equilibri indica que es compleix la primera llei de Newton.

La primera llei de Newton estableix que quan la resultant de les forces aplicades sobre un punt és nul·la, aquest roman en repòs o bé es mou a velocitat constant amb trajectòria rectilínia.

L’aplicació de la primera llei de Newton implica que hi hagi unes condicions d’equilibri que es poden resumir en dos punts:

  • La suma de les forces aplicades al sòlid ha de ser zero.
  • La suma dels moments aplicats al sòlid també ha de ser zero.

La primera llei de Newton o llei de l’estàtica serveix per calcular les forces que actuen quan hi ha l’equilibri estàtic.

El millor per entendre aquestes dues condicions és posar un exemple: imaginem una biga qualsevol recolzada en els dos extrems, aquesta biga podem dir que és un element estructural. Si la biga de l’exemple és la d’un pont grua, té un moviment sobre els dos carrils laterals, però en aquest cas la imaginarem en repòs.

  • Exemple de màquina treballant de forma estàtica.
  • Exemple de màquina treballant de forma estàtica.

Les forces que actuen sobre la biga en repòs són les del mateix pes i les de la càrrega que estigui suportant; en el cas que no suporti càrrega, serà només el pes de la biga que es repartirà a parts iguals als dos extrems que estaran tocant el carril.

La primera condició es compleix, ja que la suma de les forces és zero, per tant, tenim un equilibri.

La biga té dos recolzaments i no gira sobre cap dels dos, per tant, es compleix la segona condició, la suma dels moments és zero, ja que no es produeix cap gir respecte de cap punt.

D’aquesta manera tan senzilla podem saber quins són els elements estructurals d’una màquina.

Armadures o entramats

Els conceptes d’armaadura, entramat i màquina són diferents.

L’armadura és una estructura que suporta unes determinades càrregues; aquesta estructura no és res més que diferents sòlids units que treballen en conjunt.

L’entramat és aquella estructura on les barres suporten més de dues forces.

La màquina és aquella estructura on hi sol haver barres mòbils destinades a transmetre o modificar forces.

El tema que ens ocupa és l’estàtica i la resistència de materials. 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.

Una biga com la que s’ha fet servir en el primer exemple 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.

L’esforç que provoquen aquestes dues deformacions s’anomena flexió.

  • El suport de la coberta és una biga.
  • El suport de la coberta és una biga.

Tots hem vist que 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, aconseguim 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.

Les barres col·locades als entramats acostumen a treballar a compressió o a tracció, no convé que treballin a flexió perquè la secció està optimitzada pels dos esforços simples.

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. Avui dia, hi ha molts programes informàtics que fent servir aquests criteris calculen totes les forces que hi estan implicades i, a partir de les forces, indiquen quin és el perfil de la barra a triar.

Elasticitat i plasticitat

Una barra pot estar composta de diferents tipus de materials. Aquests 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 definir el concepte d’esforç, que és el resultat de dividir la força que actua per l’àrea de la secció en estudi.

L’esforç és una unitat de pressió. Equval a força partit per superfície.

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.

Figura Comportament d’un material respecte de la tensió aplicada.

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 molt important entendre el concepte de coeficient de seguretat.

Podem entendre el coeficient de seguretat com el nombre de vegades que podem augmentar la força que hem calculat sense que la peça calculada provoqui danys a les persones.

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.

Flexió

La flexió és un esforç combinat, és a dir, el material tracciona per un costat i es comprimeix per l’altre.

La flexió és un esforç que actuant sobre el material dona tracció a la part inferior i compressió a la part superior. Aquest tipus d’esforços impliquen que, per a un bon aprofitament del material, aquest estigui distribuït en els dos extrems, que són els que absorbeixen més esforç. Ara penseu en les bigues, tant les de ferro com les de formigó, i veureu que es dissenyen seguint aquesta pauta de comportament de l’esforç i acumulen més material en els dos extrems, tant al superior com a l’inferior.

Hi ha una dada geomètrica del perfil que ens indica com està distribuït el material respecte dels dos eixos d’una biga. L’objectiu del curs no és que aprengueu a calcular bigues, però sí que tingueu una noció del que pot suportar una biga en funció d’aquesta dada geomètrica, que anomenarem moment d’inèrcia.

El moment d’inèrcia es mesura en cm4 i representa bàsicament si la massa està lluny de l’eix o a prop. Si el moment d’inèrcia és gran, la massa estarà allunyada de l’eix i, per tant, per la mateixa massa de material aguantarà més. Si és petit, la massa estarà distribuïda a prop de l’eix i, per tant, per la mateixa massa de material aguantarà menys.

Es mostra com a exemple la taula, on es poden veure les dades d’una forma IPN, un perfil en forma de I normalitzat.

Moment d'inèrcia geomètric

Per entendre el concepte de moment d’inèrcia geomètric, hem de veure el perfil d’una biga i veurem que té la major part de superfície en els dos extrems, per poder absorbir bé els esforços tant de compressió com de tracció que es produeixen.

Taula: Taula de dades geomètriques d’un perfil normalitzat en forma de I.
Perfil IPN Dimensions mm Sec. A cm2 Pes P Kp/m Referit a l’eix z-z Referit a l’eix y-y w mm d mm Ss mm Superf. u m2/Tn
h h e=r e1 r h1 Iz cm4 Wz cm3 iz cm Iy cm4 Wy cm3 iy cm
80 80 42 3,9 5,9 2,3 59 7,58 5,95 77,8 19,5 3,20 6,29 3,00 0,91 22 - 11,9 51,09
100 100 50 4,5 6,8 2,7 75 10,6 8,32 171 34,2 4,01 12,2 4,88 1,07 28 - 19,9 44,47
120 120 58 5,1 7,7 3,1 92 14,2 11,1 328 54,7 4,81 21,5 7,41 1,23 32 - 31,8 39,90
140 140 66 5,7 8,6 3,4 109 18,3 14,4 573 81,9 6,61 35,2 10,7 1,404 34 11 47,7 34,86
160 160 74 6,3 9,5 3,8 125 22,8 17,9 935 117 6,40 54,7 14,8 1,55 40 11 68,0 32,12
180 180 82 6,9 10,4 4,1 142 27,9 21,9 1.450 161 7,20 81,3 19,8 1,71 44 13 93,4 29,22
200 200 890 7,5 11,3 4,5 159 33,5 26,3 2.140 214 8,00 117 26,0 1,87 48 13 125 26,96
220 220 98 8,1 12,2 4,9 175 39,6 31,1 3.060 276 80 162 33,1 2,02 52 13 162 24,92
240 240 106 8,7 13,1 5,2 192 46,1 36,2 4.250 354 9,59 221 41,7 2,20 56 17 206 23,31
260 260 113 9,4 14,1 5,6 208 53,4 41,9 5.740 442 10,4 288 51,0 2,32 60 17 257 21,62
280 280 199 10,1 15,2 6,1 225 61,1 48,0 7.590 542 11,1 264 64,2 2,45 62 17 316 20,12
300 300 125 10,8 16,2 6,5 241 69,1 54,2 9.800 653 11,9 451 72,2 2,56 64 21 381 19,00
320 320 131 11,5 17,3 6,9 257 77,8 61,1 12.510 782 12,7 555 84,7 2,67 70 21 457 17,84
340 340 137 12,2 18,3 7,3 274 86,8 68,1 15.700 923 13,5 674 98,4 2,80 74 21 540 16,89
360 360 143 13,0 19,5 7,8 290 97,1 76,2 19.610 1.090 14,2 818 114 2,90 76 23 638 15,85
380 380 149 13,7 20,5 8,2 306 107 84,0 24.010 1.260 15,0 975 131 3,02 82 23 741 15,07
400 400 155 14,4 21,6 8,6 323 118 92,6 29.210 1.460 15,7 1.160 149 3,13 86 23 857 14,36
450 450 170 16,2 24,3 9,7 363 147 115 45.850 2.040 17,7 1.730 203 3,43 94 25 1.200 12,85
500 500 185 18,0 27,0 10,8 404 180 141 68.740 2.750 19,6 2.480 268 3,72 100 28 1.620 11,53
550 550 200 19,0 30,0 11,9 404 213 167 99.180 3.610 21,6 3.490 349 4,02 110 28 2.120 19,76
600 600 215 21,6 32,4 13,0 485 254 199 139.000 4.630 23,4 4.670 434 4,30 120 28 2.730 9,67

Podem veure que l’eix z, aquell que té les masses més allunyades, té un moment d’inèrcia molt més gran que l’eix i que té les masses més a prop de l’eix.

Compressió, vinclament i torsió

Els tres tipus d’esforços en una màquina són: compressió, vinclament i torsió.

La compressió pura aplicada sobre barres que són primes respecte de la seva longitud provoca el que anomenem vinclament.

Quan sobre una barra actuen dues forces de la mateixa magnitud i oposades entre si, la barra treballa a compressió i aquestes forces provoquen una deformació que fa reduir-ne la longitud.

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.

Figura Material sotmès a un esforç de vinclament

Es defineix vinclament com el fenomen que es produeix en qualsevol barra o columna quan a causa de l’acció de forces de compressió pateix una deformació en forma de curvatura de flexió lateral.

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).

Quan una barra o una peça d’una màquina està sotmesa a un parell de forces que actuen en un pla perpendicular al seu eix longitudinal, diem que la barra o peça està sotmesa a torsió simple. Aquest parell de forces s’anomena parell de torsió.

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.

Figura Esforç de torsió

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 càlcul realitzat (concepte que es va veure quan vàrem parlar de coeficient de seguretat, que és el nombre de vegades que suporta la peça per sobre de l’esforç de càlcul).

Cinemàtica

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.

Velocitat

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 molt emprat i 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, és a dir, revolucions per minut o radians per segon. Aquestes són les dues unitats més emprades i més aclaridores per entendre el concepte.
  • 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.

Exemple de velocitat relativa

Quan anem en cotxe a 100 km/h i fem anar una baldufa, hem d’entendre que un punt sobre la baldufa té una velocitat total que és igual a la seva velocitat de gir més 100 km/h, que és la velocitat que el cotxe té respecte del terra.

Acceleracions

Podem definir l’acceleració com 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.

Transmissió per corretges, cadenes i engranatges

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.

Si tenim una transmissió per corretja, aquesta haurà d’estar protegida per motius de seguretat, ja que acostuma a ser un focus d’accidents.

Corretja

La corretja permet transmetre un moviment d’una forma més suau que la cadena, però és més feble i no admet sincronisme, tret que sigui dentada.

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.

Una cadena que no està protegida també és un focus d’accidents, per tant, haurem de prendre mesures per evitar-los.

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.

Tots els elements de transmissió poden ser un focus d’accidents, ja que si no estan protegit i s’hi accedeix poden donar lloc a enganxades.

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.

Dinàmica. Treball i energia

La cinemàtica analitza el moviment independentment de les causes que el provoquen.

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.

Lleis de Newton

En l’estudi de la mecànica hi ha certes lleis fonamentals que convé conèixer.

La primera llei de Newton estableix que, perquè existeixi l’equilibri, la suma de forces i la suma de moments han de ser nul·les.

Lleis de Newton

La segona llei de Newton complementa la primera, indicant que en el cas que la força no sigui nul·la, és a dir, que no hi hagi equilibri, el cos experimentarà una acceleració proporcional a la massa del cos.

La segona llei de Newton o llei de la inèrcia estableix que si la força neta resultant no és nul·la, la partícula experimentarà una acceleració proporcional al mòdul de la resultant, en la seva direcció i inversament proporcional a la seva massa.

De la segona llei de Newton es pot deduir que:

Recordeu que:

F = força

m = massa

a = acceleració

La tercera llei també es coneix amb el nom d’acció-reacció i estableix que les forces sempre actuen en parelles. Si un cos fa una força sobre un altre, aquest últim reacciona amb una força del mateix mòdul, de la mateixa direcció i de sentit contrari.

Amb la primera llei podem saber les forces que actuen quan un determinat sòlid està en repòs; amb la segona i la tercera llei podem saber les forces i les acceleracions que es produeixen quan un sòlid o un conjunt de sòlids està en moviment.

Són lleis senzilles: si fem una força sobre una massa, aquesta agafarà acceleració. Si la massa és petita, l’acceleració serà més gran per la mateixa magnitud de força que si la massa és gran. Això permet emmagatzemar energia en forma de moviment.

Si els moviments de les masses són circulars, també cal tenir en compte el moment d’inèrcia.

Exemple de moment d'inèrcia

Si el patinador que fa girs sobre si mateix separa les mans del cos, els girs són més lents perquè aconsegueix més inèrcia; si les mans estan a prop de l’eix de gir, augmenta la velocitat ja que té menys inèrcia.

Això ha de permetre saber quines màquines en moviment tenen més inèrcia. De fet, els projectistes de màquines fan servir aquestes inèrcies per emmagatzemar energia en aquells processos que són cíclics, com les premses o encunyadores. Una màquina que funcioni amb inèrcies ha de tenir elements de protecció per aconseguir la seguretat dels que la manipulen.

Energia, treball i potència

Per poder exercir un treball necessitem una energia; si aquesta energia es descarrega en un temps determinat, llavors podem mesurar-ne la potència.

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.

Principi de conservació de l'energia

El principi de conservació de l’energia estableix que l’energia total d’un sistema al qual només afecten forces conservatives, com ara les produïdes per la gravetat, es conserva. Això vol dir que en aquest tipus de sistemes l’energia inicial serà igual a la final.

L’enunciat del principi de conservació de l’energia ajuda a dissenyar els llocs de treball seguint normes d’aprofitament de l’energia de la gravetat en el flux de materials que ha de manipular l’operari.

Potència

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

Potència és la capacitat d’una màquina de realitzar un determinat treball per unitat de temps.

La fórmula s’expressa així:

Recordeu:

P = potència

W = treball

t = temps

Mecànica de fluids

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 mecànica de fluids és la branca de la mecànica que estudia les lleis i el comportament dels fluids. Si el fluid es troba en equilibri estàtic, l’estudia la hidroestàtica, i si el fluid es troba en moviment, la hidrodinàmica.

Hidroestàtica

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.

Processos hidràulics

En el moment en el qual un fluid no es mou, està sotmès a una pressió estàtica. Molts processos hidràulics es produeixen per aquesta pressió.

El principi de Pascal estableix que la pressió exercida sobre un fluid incompressible i en repòs es transmet íntegrament en totes les direccions.

Hidrodinàmica

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.

Moviment de fluids

Quan un fluid es mou, fem servir les lleis de la hidrodinàmica, sabent que en el moviment de fluids hi ha pèrdues d’energia. Si d’una bomba surt una pressió, al final de la línia per on circula la pressió serà menor.

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.

Pneumàtica, hidràulica i elements hidràulics

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.

Pneumàtica i perill

La pneumàtica fa servir l’aire com a element de transmissió de força. Les pressions normals de treball no són tan elevades com en la hidràulica i, per tant, el perill és menor.

Podem definir la pneumàtica com el conjunt de tècniques basades en la utilització de l’aire comprimit com a fluid transmissor d’energia per a l’accionament de màquines i mecanismes.

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.

Hidràulica i risc

A la hidràulica, el fluid és incompressible i les pressions que pot exercir són molt més grans; per tant, el risc també ho és i les mesures de seguretat han d’anar en funció d’aquest risc.

Els elements hidràulics estan dimensionats per suportar els esforços als quals els sotmet el fluid. S’haurà de tenir molta cura que els tubs estiguin ben units i que els ràcords siguin els adequats a l’ús.

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

Elements d'un projecte

Qualsevol cosa que fem, necessita ser projectada. El grau de complexitat de les coses que fem implica, moltes vegades, elaborar projectes formals on queda reflectit tot allò que es farà, amb un grau de detall que permet a qualsevol professional entendre el que diu i executar-lo.

Un projecte tècnic implica una tasca que té per finalitat planificar un procés tecnològic, que pot ser des de la planificació d’un polígon industrial fins a la incorporació de diferents elements de seguretat a una màquina.

Avui dia, els projectes tècnics que s’elaboren per desenvolupar activitats estan subjectes a la Llei 20/2009, de 4 de desembre, de prevenció i control ambiental de les activitats. El compliment d’aquesta llei obliga a incorporar als projectes tot un seguit de mesures correctores que permetran minimitzar l’impacte perjudicial que l’activitat pot tenir sobre el medi ambient.

Podeu veure quines són les exigències en màquines i components de seguretat en l’apartat “Expedient tècnic” de “Seguretat en màquines”.

Pel que fa a la seguretat en màquines, el projecte ha de complir els requisits essencials de seguretat i salut.

Elaborar un projecte consisteix, en síntesi, a definir un futur desitjable, planificar el camí per arribar-hi i dur a terme les accions previstes de manera que s’aconsegueixi l’objectiu.

El projecte tècnic és l’inici de tota activitat i ha d’incloure sempre tot el que fa referència a mesures de seguretat aplicades.

Els requisits bàsics dels quals consta un projecte són:

  1. Meta i objectiu del termini, cost i qualitat.
  2. Definició del producte o solució que satisfaci els objectius.
  3. Planificació d’activitats o tasques necessàries per arribar a la meta.
  4. Execució del pla.

Des del punt de vista formal, el projecte és un document únic, però alhora s’estructura en diferents parts anomenades documents del projecte. Qualsevol projecte ha de contenir, com a mínim, els documents següents:

  • Memòria i annexos de la memòria.
  • Plànols.
  • Plec de condicions.
  • Pressupost.

Memòria i annexos

La memòria tècnica és el document en el qual es descriu el projecte. Ha de posar clarament de manifest les motivacions i condicions d’aquest projecte, les alternatives previstes i les raons per les quals s’arriba a una opció determinada.

Els projectes tècnics consten normalment de dos tipus de memòria: la memòria descriptiva i la memòria constructiva.

La memòria descriptiva defineix l’objectiu del projecte, la seva justificació, la descripció de tot allò que s’ha fet i per què s’ha fet, i també el cost que suposa realitzar-lo.

La memòria constructiva defineix tot allò que és necessari per dur a terme el projecte correctament i en el termini previst.

En els annexos s’inclouen els càlculs i les normatives que s’hagin seguit en l’elaboració del projecte. Els annexos constitueixen la justificació de les decisions que ha pres el projectista, de manera que no és necessari consultar-los per a l’execució del projecte.

Pel que fa a les normatives que s’han d’incloure en els annexos, són les que fan referència al següent: la de seguretat i higiene en el treball, la normativa que regeix el transport de mercaderies perilloses, aparells de pressió i altres aspectes inclosos en el projecte.

Els plànols

Memòria tècnica i plànols

En el cas no desitjat que hi hagi discrepàncies entre les dades que apareixen a la memòria tècnica i als plànols, seran les dades que apareixen als plànols les que prevaldran.

Els plànols són la representació gràfica del projecte, com a conseqüència del procés de disseny. Han de ser clars, suficients en nombre, contingut i informació per tal que la part encarregada d’executar el projecte pugui dur-lo a terme sense problemes.

La finalitat dels plànols és la següent:

  • Recollir antecedents existents abans de realitzar-se el projecte.
  • Definir d’una manera exacta i completa tots els elements del projecte pel que fa a la forma, dimensions i les característiques essencials.
  • Representar el funcionament dels elements o les combinacions d’elements que componen el projecte, tant de forma aïllada com global.
  • Indicar la flexibilitat de les solucions adoptades i les possibilitats d’ampliació.
  • Reflectir la influència de la modificació que es proposa en l’àrea circumdant.

Els plànols es poden classificar en quatre grans grups:

  1. Plànols de localització o ubicació
  2. Plànols descriptius dels condicionants
  3. Plànols descriptius de la situació actual
  4. Plànols definitoris de la transformació

Els plànols han d’estar ben identificats i han d’incorporar en el caixetí les dades següents:

  • Persona o entitat que s’encarrega del projecte.
  • Títol del projecte.
  • Plànols de detall, si aquests calguessin.
  • Nombre d’identificació del plànol.
  • Escala del plànol.
  • Signatura del responsable del projecte.
  • Signatura del responsable del plànol.
  • Data.

El plec de condicions

Informació per a les administracions

Quan es dissenya una màquina, les administracions demanen tot un seguit de dades que fan referència a aspectes de seguretat. Si el projecte està ben elaborat, només donant-ne una còpia, l’Administració obté totes les dades necessàries.

El plec de condicions defineix les persones responsables de cadascuna de les parts implicades en el projecte; les atribucions, els drets i deures de cadascuna; els materials que s’han d’utilitzar, la seva qualitat i les seves exigències; la manera de dur a terme les operacions executives; els terminis i la forma de pagament.

És a dir, és la base del contracte que s’estableix entre la propietat i els executors del projecte; és un instrument de caràcter jurídic que pressuposa l’existència d’un compromís legal o contracte entre les parts.

Les parts que hi intervenen són les següents:

  • La propietat, que pot ser una persona física o jurídica.
  • L’executor del projecte, també anomenat contractista, és l’encarregat de l’execució dels treballs.
  • El director de l’execució, també anomenat director d’obra o director facultatiu, és el representant de la propietat i el defensor dels interessos enfront de l’executor del projecte.
  • El projectista, amb la seva signatura, es fa responsable del projecte. La seva intervenció en l’execució del projecte és indirecta i s’encarrega de redactar el plec de condicions.

El plec de condicions es divideix en tres grups o títols:

  • Títol I: plec de condicions tècniques.
  • Títol II: plec de condicions econòmiques.
  • Títol III: plec de condicions legals.

El conjunt dels tres plecs se sol anomenar plec de condicions administratives.

El pressupost

El pressupost té una doble funció: d’una banda, valora la inversió que s’ha de fer, i, de l’altra, defineix les quanties que s’abonaran a l’executor del projecte en els diferents períodes de temps. El pressupost preveu unes entrades de producte que han de ser quantificades un cop se’n disposi.

Els tipus de despeses que es produeixen són:

  • Materials: és un tipus de despesa que es pot quantificar bé i que s’inclou a tot pressupost.
  • Mà d’obra: per donar valor afegit als materials, s’ha de contractar mà d’obra. Aquí el projectista ha de saber calcular bé els temps d’execució per quantificar la quantitat exacta de diners que suposarà la mà d’obra.
  • Oficina tècnica: totes les tasques referides a l’elaboració i execució del projecte també estan incloses en el pressupost final.
  • Capital i finançament: normalment, no s’inclou aquesta partida al pressupost, ja que acostuma a ser la propietat qui fa front a les despeses financeres.

Moltes vegades es divideix el pressupost en partides, de manera que un cop es van executant, el contractista demana el pagament de la part realitzada mitjançant una certificació del tècnic que dirigeix l’execució del projecte.

Anar a la pàgina anterior:
Annexos
Anar a la pàgina següent:
Activitats