CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO ELEVADOR DE PORTADORES DE NECESSIDADES ESPECIAIS

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO ELEVADOR DE PORTADORES DE NECESSIDADES ESPECIAIS CURITIBA 2007

2 ADRIANO ADILSON ANTUNES MARCELO EIDY URANO PEDRO MIGUEL DE OLIVEIRA ELEVADOR DE PORTADORES DE NECESSIDADES ESPECIAIS Trabalho de conclusão de curso apresentado para obtenção do título de Engenheiro Mecânico, no curso de Graduação de Engenharia Mecânica do Centro Universitário Positivo. Orientador: Prof. Dario Mechi CURITIBA 2007

3 SUMÁRIO SUMÁRIO...II LISTAS DE TABELAS... V LISTA DE FIGURAS... VI LISTA DE EQUAÇÕES... XI RESUMO... XII 1 INTRODUÇÃO DEFINIÇÃO DO PROBLEMA OBJETIVO DO TRABALHO OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESCOPO DO TRABALHO Delimitação do Trabalho ESTRUTURA DO TRABALHO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA APRESENTAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE ELEVAÇÃO FABRICANTES ATUANTES NO MERCADO INTERNO E EXTERNO NORMA ABNT NBR METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO PROJETO E ENGENHARIA AUXILIADOS POR COMPUTADOR Projeto auxiliado por computador Engenharia auxiliada por computador CATIA MÉTODOS DE ELEMENTOS FINITOS Matriz de rigidez do elemento finito FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA GERENCIAMENTO DE PROJETOS BENCHMARKING DESCRIÇÃO GERAL DO DESDOBRAMENTO DA FUNÇÃO QUALIDADE BRAINSTORMING PESQUISA MERCADOLÓGICA ERGONOMIA SEGURANÇA E RESPONSABILIDADE DO PRODUTO MATRIZ DE DECISÃO...32 ii

4 3.9 CRITÉRIO DE SELEÇÃO DOS MATERIAIS ANALISE DE MODO E EFEITO DE FALHA (FMEA) Tipos de FMEA Inicio da aplicação do FMEA Interpretação do FMEA DESENVOLVIMENTO APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PARA GERENCIAMENTO DE PROJETOS Estrutura de Decomposição do Trabalho EDT Cronograma do trabalho PESQUISA DAS SOLUÇÕES EXISTENTES PESQUISA MERCADOLÓGICA Resultado da pesquisa DESDOBRAMENTO DA FUNÇÃO QUALIDADE Requisitos do cliente Requisitos do produto Casa da Qualidade SÍNTESE Brainstorming ANÁLISE E OTIMIZAÇÃO MATERIAL SELECIONADO SISTEMA DE ELEVAÇÃO DIMENSIONAMENTO DO ELEVADOR Estudo da norma ABNT NBR Estudo ergonômico Dimensões do elevador SISTEMA HIDRÁULICO DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA HIDRÁULICO COMPONENTES DO ELEVADOR ANÁLISE DE MODO E EFEITO DE FALHA (FMEA) ESTIMATIVA DE CUSTO DE CONSTRUÇÃO DE UM PROTÓTIPO RESULTADOS E VALIDAÇÃO MODELAGEM...80 iii

5 5.2 DISCRETIZAÇÃO ANÁLISE DAS TENSÕES DE DEFORMAÇÃO DO EQUIPAMENTO Engaste da base do equipamento ao pé do mastro Pontos de fixação da haste do cilindro hidráulico no mastro e no braço superior Braço de elevação Cilindro hidráulico Resultados Carga de ruptura do sistema ANÁLISE DOS DESLOCAMENTOS DA ESTRUTURA CONCLUSÃO...93 GLOSSÁRIO...95 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...96 APÊNDICE 1 CRONOGRAMA DO TRABALHO...99 APÊNDICE 2 PESQUISA DE APLICAÇÃO AO PRODUTO APÊNDICE 3 BRAINSTORMING APÊNDICE 4 LISTA DE COMPONENTES DO ELEVADOR APÊNDICE 5 DESENHOS TÉCNICOS ANEXO 1 ABNT NBR 9050 ACESSIBILIDADE A EDIFICAÇÕES, MOBILIÁRIO, ESPAÇOS E EQUIPAMENTOS URBANOS iv

6 LISTAS DE TABELAS TABELA 1 - ESPECIFICAÇÕES DO ELEVADOR STAND UP...9 TABELA 2 - ESPECIFICAÇÃO DOS ELEVADORES MODELO VIKING...10 TABELA 3 - ESPECIFICAÇÃO DO ELEVADOR INVACARE 9805 HYDRAULIC HOYER LIFT...12 TABELA 4 - SOLUÇÕES EXISTENTES POR FABRICANTE...41 TABELA 5 - GRAU DE IMPORTÂNCIA DOS REQUISITOS SEGUNDO O CLIENTE...45 TABELA 6 - GRAU DE RELACIONAMENTO...55 TABELA 8 - MATRIZ DE DECISÃO DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO...56 TABELA 9 - DIMENSÕES REFERENCIAIS PARA ALCANCE MANUAL...61 TABELA 10- POSIÇÃO ERGONÔMICA DE ALCANCE FRONTAL...62 TABELA 11 SEVERIDADE DA FALHA...75 TABELA 12 PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DA FALHA...75 TABELA 13 - PROBABILIDADE DE DETECÇÃO...75 TABELA 14 - FMEA SISTEMA ESTRUTURAL...76 TABELA 15 - FMEA SISTEMA HIDRÁULICO...77 TABELA 16 - FMEA SISTEMA DE APOIO AUXILIAR...78 TABELA 17 - CUSTO DE PRODUÇÃO...79 TABELA 18 - RESUMO RESULTADOS TENSÃO DE DEFORMAÇÃO...90 v

7 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - DISTRIBUIÇÃO DE ACIDENTES DE TRABALHO ENVOLVENDO A COLUNA VERTEBRAL...2 FIGURA 2 - COMPONENTES BÁSICOS DE UM ELEVADOR...7 FIGURA 3 - ELEVADOR STAND UP...9 FIGURA 4 - ELEVADOR VIKING M...10 FIGURA 5 - INVACARE 9805 HYDRAULIC HOYER LIFT...11 FIGURA 6 - FASES DE UM PROJETO...14 FIGURA 7 - MALHA FEM APLICADA AO MODELO...17 FIGURA 8 - CICLO DE VIDA DE UM PROJETO...23 FIGURA 9- PASSOS DO PROCESSO DE BENCHMARKING...26 FIGURA 10 - DIAGRAMA DAS ETAPAS DE FMEA...36 FIGURA 11 ESTRUTURA DE DECOMPOSIÇÃO DO TRABALHO...39 FIGURA 12 - PREFERÊNCIA DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO EM AMBIENTE HOSPITALAR E FISIOTERÁPICO...43 FIGURA 13 - PREFERÊNCIA DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO PARA AMBIENTE DOMICILIAR...44 FIGURA 15 - CASA DA QUALIDADE...50 FIGURA 16 - PRIMEIRO ESBOÇO DO PROJETO...52 FIGURA 17 - IMAGEM 3D DO PRIMEIRO ESBOÇO...52 FIGURA 18 - SEGUNDA CONCEPÇÃO DO PROJETO...53 FIGURA 19 - SEGUNDA CONCEPÇÃO APOIOS AUXILIARES...54 FIGURA 20 - DIMENSÃO CADEIRA DE RODAS...58 FIGURA 21 - ÁREA PARA MANOBRA SEM DESLOCAMENTO...59 FIGURA 22 - APROXIMAÇÃO DE PORTA FRONTAL...59 FIGURA 23 - ADEQUAÇÃO DE ALTURA DA BACIA SANITÁRIA...60 FIGURA 24 - DIMENSÕES DE BANHEIRA...60 FIGURA 25 - DIMENSÕES REFERENCIAIS PARA ALCANCE MANUAL FRONTAL - PESSOA EM PÉ...61 FIGURA 26 - POSIÇÃO ERGONÔMICA DE ALCANCE FRONTAL...62 vi

8 FIGURA 27 - DIMENSÕES DE ALTURA E CURSO DE TRABALHO...63 FIGURA 28 EMPURRADOR...64 FIGURA 29 - POSIÇÃO DO GUIADOR...65 FIGURA 30 - PUXADOR...65 FIGURA 31 - DIMENSÕES BRAÇO DE ELEVAÇÃO...66 FIGURA 32 - DIMENSÃO DA LARGURA, BASE E APOIO AUXILIARES...67 FIGURA 33 FIXAÇÃO E LIMITAÇÃO DE ROTAÇÃO DO MASTRO...67 FIGURA 34 - CIRCUITO HIDRÁULICO...68 FIGURA 35 - MODELAGEM DO ELEVADOR PARA ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS...81 FIGURA 36 - DISCRETIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO...82 FIGURA 37 - MALHA REFINADA...82 FIGURA 38 - RESULTADO DA PRIMEIRA SIMULAÇÃO PARA ANÁLISE DOS PONTOS CRÍTICOS...84 FIGURA 39 ANÁLISE ESTRUTURAL COM MALHA REFINADA...85 FIGURA 40 - TENSÕES NO ENGASTE ENTRE A BASE DO ELEVADOR E MASTRO...86 FIGURA 41 PROPAGAÇÃO DOS ESFORÇOS TRAÇÃO NA BASE DO ELEVADOR...86 FIGURA 42 - TENSÕES NO PONTO DE FIXAÇÃO DO CILINDRO HIDRÁULICA AO MASTRO...87 FIGURA 43 TENSÕES NO PONTO DE FIXAÇÃO DO CILINDRO HIDRÁULICA AO BRAÇO DE ELEVAÇÃO...88 FIGURA 44 - CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES NO BRAÇO DE ELEVAÇÃO...89 FIGURA 45 - DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES NA HASTE DO CILINDRO HIDRÁULICO...89 FIGURA 46 - SIMULAÇÃO COM 750 KG...91 FIGURA 47 - DESLOCAMENTO DA ESTRUTURA...92 FIGURA 48 - DESLOCAMENTO ESTRUTURAL DETALHE...92 FIGURA 49 CRONOGRAMA, PARTE FIGURA 50 - CRONOGRAMA PARTE FIGURA 51 - LISTA DE PEÇAS DO ELEVADOR vii

9 FIGURA 52 - LISTA DE PEÇAS DO ELEVADOR, VISÃO EXPLODIDA FIGURA 53 - SUPORTE INFERIOR FIGURA 54 - PINO ARTICULADOR FIGURA 55 - BRAÇO FIXO INFERIOR FIGURA 56 MASTRO FIGURA 57 - BRAÇO DE ELEVAÇÃO FIGURA 58 EMPURRADOR FIGURA 59 - HASTE CILINDRO SUPERIOR FIGURA 60 PUXADOR FIGURA 61 - SUPORTE DE FIXAÇÃO FIGURA 62 - CONJUNTO APOIO AUXILIAR FIGURA 63 BUCHA DO CILINDRO DE ELEVAÇÃO FIGURA 64 BUCHA CILINDRO APOIO AUXILIAR FIGURA 65 DISTRIBUIDOR HIDRÁULICO FIGURA 66 TAMPA DO DISTRIBUIDOR HIDRÁULICO FIGURA 67 PINO DE SEGURANÇA FIGURA 68 BUCHA DE BRONZE FIGURA 69 ARRUELA DE FIXAÇÃO DO MASTRO FIGURA 70 CILINDRO HIDRÁULICO FIGURA 71 ÊMBOLO DO CILINDRO FIGURA 72 SUPORTE ÊMBOLO FIGURA 73 CAMISA DAS HASTES INTERNAS FIGURA 74 ÊMBOLO INTERNO FIGURA 75 SUPORTE DO CILINDRO FIGURA 76 SUPORTE DO CILINDRO FIGURA 77 FIXADOR DO CILINDRO FIGURA 78 TRAVA FIGURA 79 - CADEIRA DE RODAS FIGURA 80 - DIMENSÕES DO MÓDULO DE REFERÊNCIA (M.R.) FIGURA 81 - LARGURA PARA DESLOCAMENTO EM LINHA RETA FIGURA 82 - TRANSPOSIÇÃO DE OBSTÁCULOS ISOLADOS FIGURA 83 - ÁREA PARA MANOBRA SEM DESLOCAMENTO viii

10 FIGURA 84 - ÁREA PARA MANOBRA DE CADEIRA DE RODAS COM DESLOCAMENTO FIGURA 85 - ALCANCE MANUAL FRONTAL - PESSOA EM PÉ FIGURA 86 - ALCANCE MANUAL FRONTAL - PESSOA SENTADA FIGURA 87 - ALCANCE MANUAL FRONTAL COM SUPERFÍCIE DE TRABALHO - PESSOA EM CADEIRA DE RODAS FIGURA 88 - APROXIMAÇÃO DE PORTA FRONTAL - EXEMPLO FIGURA 89 - APROXIMAÇÃO DE PORTA LATERAL EXEMPLOS FIGURA 90 - PORTAS COM REVESTIMENTO E PUXADOR HORIZONTAL - EXEMPLO FIGURA 91 - PORTA DO TIPO VAIVÉM - EXEMPLO FIGURA 92 - VÃOS DE PORTAS DE CORRER E SANFONADAS FIGURA 93 - ÁREAS DE TRANSFERÊNCIA PARA BACIA SANITÁRIA..145 FIGURA 94 - EXEMPLOS DE TRANSFERÊNCIA PARA BACIA SANITÁRIA FIGURA 95 - BACIA SANITÁRIA - BARRAS DE APOIO LATERAL E DE FUNDO FIGURA 96 - BACIA SANITÁRIA - BARRAS DE APOIO LATERAL E DE FUNDO FIGURA 97 - BACIA SANITÁRIA COM CAIXA ACOPLADA FIGURA 98 - ADEQUAÇÃO DE ALTURA DA BACIA SANITÁRIA SUSPENSA FIGURA 99 - ADEQUAÇÃO DE ALTURA DA BACIA SANITÁRIA ALONGADA FIGURA ADEQUAÇÃO DA BACIA SANITÁRIA COM SÓCULO FIGURA ALTURA DE ACIONAMENTO DA DESCARGA FIGURA BOXE COM PORTA ABRINDO PARA O INTERIOR FIGURA BOXE COM PORTA SANFONADA FIGURA BOXE PARA BACIA SANITÁRIA - TRANSFERÊNCIA LATERAL - EXEMPLO FIGURA BOXE PARA BACIA SANITÁRIA - REFORMAS- ÁREA DE MANOBRA EXTERNA - EXEMPLO ix

11 FIGURA ÁREA DE TRANSFERÊNCIA PARA BOXE DE CHUVEIRO - EXEMPLO FIGURA BOXE PARA CHUVEIRO COM BARRAS VERTICAL E HORIZONTAL EXEMPLO FIGURA BOXE PARA CHUVEIRO COM BARRA DE APOIO EM L - EXEMPLO FIGURA PERSPECTIVA DO BOXE COM AS BARRAS DE APOIO.154 FIGURA PLATAFORMA FIXA PARA TRANSFERÊNCIA FIGURA PLATAFORMA PARA TRANSFERÊNCIA MÓVEL FIGURA BANHEIRA - EXEMPLO x

12 LISTA DE EQUAÇÕES EQUAÇÃO (1) EQUAÇÃO DA RETA...20 EQUAÇÃO (2) DESLOCAMENTO TRANSVERSAL...20 EQUAÇÃO (3) ESFORÇO AXIAL...20 EQUAÇÃO (4) MOMENTO FLETOR...20 EQUAÇÃO (5) MATRIZ DE IGUALDADE DO ESFORÇO AXIAL E MOMENTO FLETOR...21 EQUAÇÃO (6) DEFORMAÇÃO LONGITUDINAL...21 EQUAÇÃO (7) DEFORMAÇÃO ASSOCIADO AO ELEMENTO FINITO...21 EQUAÇÃO (8) MATRIZ DE IGUALDADE DA DEFORMAÇÃO LONGITUDINAL ASSOCIADO AO ELEMENTO FINITO...21 EQUAÇÃO (9) MATRIZ DE RIGIDEZ DO ELEMENTO FINITO...22 EQUAÇÃO (10) MOMENTO NA ARTICULAÇÃO DO BRAÇO...70 EQUAÇÃO (11) PESO GERADO NO CILINDRO HIDRÁULICO...70 EQUAÇÃO (12) PESO GERADO NO CILINDRO HIRÁULICO COM FATOR DE SEGURANÇA IGUAL A DOIS...70 EQUAÇÃO (13) CURSO DO CILINDRO HIDRÁULICO...70 EQUAÇÃO (14) VOLUME DE ÓLEO NO CILINDRO DE ELEVAÇÃO...70 EQUAÇÃO (15) VOLUME DE ÓLEO NO CILINDRO LATERAL...71 EQUAÇÃO (16) VOLUME DE ÓLEO TOTAL...71 xi

13 RESUMO A dificuldade no transporte de pessoas com incapacidade de locomoção apresenta grandes conseqüências, tanto para estes, quanto para pessoas que os auxiliam. O objetivo deste trabalho foi o de projetar um elevador para pessoas com incapacidade de locomoção, para ser utilizado em ambientes residenciais e hospitalares, cujas dimensões são baseadas na norma ABNT NBR Para tanto, o projeto utilizou a metodologia de gerenciamento de projetos e desenvolvimento de produtos. Primeiramente realizou-se uma pesquisa mercadológica de investigação das necessidades do consumidor e, utilizando a ferramenta de Desdobramento da Função Qualidade, foram definidos os requisitos de projeto. A concepção do elevador foi gerada na fase de Síntese, Avaliação e Otimização do projeto. Com os componentes do elevador, definidos e dimensionados, realizou-se uma estimativa de custo para a construção de um protótipo. Utilizou-se a ferramenta FMEA para identificação dos potencias pontos de falha. A validação do projeto foi realizada em simulações de carregamento do equipamento no software CATIA, avaliando tensões devido à deformação da estrutura e deslocamento total do equipamento. A maior tensão resultante em toda a estrutura foi de 73,41 MPa e deslocamento total de 31 mm. Concluiu-se que a estrutura do equipamento não apresenta tensões acima da tensão de escoamento do material utilizado, não apresentando deformações e ruptura de seus componentes. O deslocamento de toda a estrutura, quando carregado, não influência na sua performance. xii

14 1 INTRODUÇÃO O transporte e movimentação de pessoas com incapacidade de locomoção têm se mostrado como um limitante no cuidado e atendimento destes. Esta dificuldade é denotada pela quantidade de pessoas necessárias para realizar seu transporte, tanto no ambiente domiciliar quanto no ambiente hospitalar. Segundo KIRSTEN (2007), enfermeira do Hospital Universitário Cajuru e professora da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, são necessárias quatro pessoas para movimentar um paciente com segurança e a maior dificuldade neste trabalho é a precisão e sincronismo dos movimentos do transporte. Esta limitação gera dificuldades para realização de atividades de ordem ocupacional, recreativa ou mesmo quando existe a necessidade de locomover-se para realizar um tratamento em hospital ou clínica fisioterápica. As conseqüências do transporte e manuseio de pacientes afetados por estas limitações são os acidentes ostoarticulares ocorridos com profissionais da saúde e familiares que necessitam transportar estas pessoas. O órgão físico que mais sofre o impacto do peso e da ausência de ergonomia dos equipamentos atualmente utilizados para esse fim é a coluna vertebral, que sofre contusões e torções. Um estudo realizado por ALEXANDRE e BENATTI (1998) com trabalhadores de enfermagem (enfermeiros, técnicos de enfermagem, auxiliares de enfermagem e atendentes de enfermagem) de um hospital universitário com 403 leitos, levantou o número desses profissionais que sofreram acidentes de trabalho envolvendo a coluna vertebral. Da população dos 1218 trabalhadores de enfermagem do hospital em estudo, 100 (8,2%) sofreram algum tipo de acidente do trabalho em um período de seis meses. Desses 100, 20 estavam relacionados com lesões na coluna vertebral. Estes acidentes vêm despertando a atenção de especialistas em saúde ocupacional por serem uma das mais importantes causas de morbidade e incapacidade de adultos, sendo esta classe de trabalhadores os mais afetados e, de acordo com especialistas, essas lesões estão relacionadas ao fato de terem que movimentar e transportar pacientes regularmente. A pesquisa revela que os acidentes geralmente ocorrem quando o funcionário está movimentando ou transportando os pacientes, em condições

15 2 desfavoráveis, com equipamentos inadequados e sem manutenção. Sendo assim, muitos hospitais apresentam um elevado índice de absenteísmo e processos trabalhistas que, segundo a pesquisa, acarretam os maiores custos econômicos ocasionados principalmente pela incapacidade das pessoas retornarem ao serviço. A Figura 1 mostra a distribuição de acidentes de trabalho envolvendo a coluna vertebral em trabalhadores de enfermagem do hospital estudado, segundo as causas citadas pelos acidentados. O gráfico mostra que 25% dos acidentes ocorrem durante a movimentação e transporte de pacientes. FIGURA 1 - DISTRIBUIÇÃO DE ACIDENTES DE TRABALHO ENVOLVENDO A COLUNA VERTEBRAL 25 Frequância % Mov./Transporte de pacientes Acidentes de trajeto Postura inadequada Queda Mov./Tranporte de Mat./Equip. FONTE: ALEXANDRE E BENATTI, DEFINIÇÃO DO PROBLEMA Lesões na coluna vertebral de encarregados a movimentar e transportar pessoas incapacitadas de locomoverem-se independentemente. Estas lesões ocorrem devido à falta de equipamentos adequados para esta função.

16 3 1.2 OBJETIVO DO TRABALHO Projetar um elevador para pessoas com dificuldade de locomoção, a ser utilizado em ambientes residenciais e hospitalares, cujas dimensões dos ambientes são baseadas na norma ABNT NBR OBJETIVOS ESPECÍFICOS Projetar um elevador de pessoas que por motivo de deficiência física (paraplegia e tetraplegia), idade, obesidade ou pós-operatório, não tenham capacidade de locomoverem-se independentemente. Este elevador será operado pela pessoa encarregada de auxiliar no transporte e deve atender às funções de elevar e transportar uma pessoa, de um ambiente para outro como, do quarto para o banheiro, e/ou da cama para a cadeira de rodas. A capacidade máxima de trabalho do elevador deve ser de 200 kg. 1.4 ESCOPO DO TRABALHO Para projetar este elevador utilizam-se as metodologias de gerenciamento de projetos e projeto mecânico. Com o reconhecimento da necessidade, define-se o problema. Uma pesquisa de mercado quanto à demanda do produto é realizada, e identificam-se os produtos já existentes para a solução do problema. No início do projeto, são listadas todas as atividades necessárias para o desenvolvimento do mesmo. Cria-se, então, uma Estrutura de Decomposição do Trabalho EDT, e com base nesta, formula-se o cronograma. Com pesquisas, são identificadas as necessidades do cliente, os quais, através da ferramenta Desdobramento da Função Qualidade DFQ, foram transformados em requisitos da qualidade do projeto. A qualidade do projeto é gerenciada durante toda sua vida, através de reuniões de acompanhamento de prazos e entregas, onde é acompanhado o seqüenciamento e a duração das atividades, obedecendo-se o cronograma criado. A análise de modo e efeito de falha - FMEA é uma ferramenta utilizada para assegurar a qualidade do projeto.

17 4 Com o conceito do produto definido, esboçaram-se os primeiros modelos do produto, focando-se os requisitos de qualidade desejados pelo cliente. O projeto definitivo é modelado tridimensionalmente no software CATIA e neste mesmo programa são realizadas as análises estruturais Delimitação do Trabalho Desenvolvimento de projeto conceitual, sem construção de protótipo. Não está no escopo do projeto o dimensionamento de sistemas de uniões, acabamento superficial, embalagem e transporte, bem como as análises dinâmicas do produto. Também não são desenvolvidos as bandas de elevação, peça em que a pessoa elevada fica sentada ou deitada. Isto envolve um estudo aprofundado de como o paciente deve ser carregado, quais o pontos de apoio e sustentação no corpo, etc. 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO A introdução apresenta o problema e define os objetivos e escopo desse trabalho. O capítulo 2 apresenta uma estimativa da quantidade de pessoas que sofrem do problema, e uma revisão bibliográfica apresentando os fabricantes já existentes neste mercado, bem como a metodologia utilizada para a resolução do problema. No capítulo 3 são descritas as teorias das ferramentas e metodologias que são utilizadas para o desenvolvimento do projeto e o cumprimento da função do equipamento para qual está sendo concebido, bem como a justificativa dos métodos de solução de problemas. O capitulo 4 descreve o desenvolvimento do projeto. É detalhado a resolução com a metodologia proposta, descrito os procedimentos de implantação e as técnicas empregadas em cada etapa. Os resultados e a validação são apresentados no capítulo 5, descrevendo-se as aplicações do modelo e os resultados obtidos, análises dos resultados globais e específicos.

18 5 No último capítulo é concluído se os objetivos estipulados foram atingidos e comentados sobre os pontos fortes e fracos do modelo proposto para a resolução do problema.

19 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE (2007), no Brasil, de acordo com o último censo realizado no ano 2000, existem mais de 24 milhões de pessoas deficientes. Este número representa 14% da população, destes, mais de 9 milhões possuem alguma deficiência relacionada com o sistema motor. Na região sul do Brasil existem quase 1,5 milhões de portadores de deficiência de locomoção. No estado do Paraná 500 mil, e na região metropolitana de Curitiba esse número é de pouco mais de 140 mil pessoas. Essas pessoas sofrem diversas formas de privação devido a suas dificuldades de locomoverem-se, particularmente dentro de seus lares, quando precisam receber cuidados e necessitam serem movidos de seus leitos, há a necessidade de duas ou mais pessoas para executarem essas atividades. Como forma de incentivar a inserção sócio-econômica dos portadores de necessidades especiais, o governo do Paraná aderiu em junho de 2007 ao convênio proposto pelo Conselho Nacional de Política Fazendária (Confaz), que estabelece isenção do ICMS de 18% na compra de equipamentos destinados aos deficientes físicos, auditivos e visuais. Também fazem parte deste convênio os estados de São Paulo, Minas Gerais, Pará e Bahia. Segundo CARIBÉ (2006), o século XXI marca um grande movimento de inclusão da pessoa com deficiência no mercado de trabalho. De 2001 a 2005, o número de deficientes empregados no Estado de São Paulo saltou de 601 para , aumentando assim seu poder aquisitivo. A cada dia, mais empresas buscam se enquadrar na chamada Lei de Cotas, que obriga a contratação de 2% a 5% de funcionários com deficiência. Para DIAS (2007), pessoas portadoras de deficiência foram eleitas para importantes cargos e alcançaram relevantes funções públicas; enfim, muita coisa mudou e fez com que o tema possa atualmente ser analisado com mais otimismo.

20 7 2.1 APRESENTAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE ELEVAÇÃO O equipamento de elevação de pessoas com dificuldades de locomoção possui um mercado muito abrangente em países desenvolvidos, principalmente nos Estados Unidos e Europa. Possui aplicação em ambientes hospitalares e residenciais com uma grande diversidade de modelos. FIGURA 2 - COMPONENTES BÁSICOS DE UM ELEVADOR G H D E F C B A FONTE: LIKO, 2007 O modelo apresentado na Figura 2, possui características básicas de um elevador. O equipamento consiste basicamente em: base (A), que serve de apoio para o conjunto, recebe toda a estrutura do elevador e é responsável por manter a estabilidade do conjunto durante a operação.; mastro (B), liga a base ao braço de elevação, onde há uma articulação entre eles. Local onde são fixados o sistema de elevação e os guiadores, e é responsável por suportar o carregamento ocorrido pela atuação do cilindro e pelo braço de elevação; guiadores (C e F), por onde o operador guia o equipamento. Tem a função de facilitar a movimentação do conjunto em operações na qual o operador movimenta o conjunto para trás ou para frente;

21 8 sistema de elevação (D), que converte energia mecânica ou elétrica em movimento linear, e é a unidade responsável pela entrada de força necessária para o deslocamento vertical do conjunto. Os recursos mais empregados no mercado atualmente são através de motores elétricos e bombas hidráulicas; acionamento do sistema de elevação (E), é a interface para o acionamento do sistema; braço de elevação articulado (G), pelo qual a pessoa é suspensa, e recebe o movimento do sistema de elevação; barra de suporte (H), onde é preso a banda de elevação; 2.2 FABRICANTES ATUANTES NO MERCADO INTERNO E EXTERNO Com o objetivo de identificarmos os principais fabricantes de elevadores para deficientes atuantes no mercado nacional e internacional, foi realizada uma pesquisa em diversas fontes, selecionando entre eles uma empresa nacional localizada na cidade de Pelotas, Rio Grande do Sul, empresas no exterior como a Liko, empresa Sueca, Rehabmart, Invacare e a Southwest medical, empresas Americanas. Em cada fabricante foram pesquisadas as principais características dos produtos, aspectos funcionais, acabamento, especificações, entre outros pontos que podem ser importantes para o desenvolvimento do projeto. A empresa nacional pesquisada foi a Esteves e Salvador Ltda, fundada em 1991, devido à necessidade do seu proprietário em movimentar seu filho, que é portador de distrofia muscular, com segurança e qualidade. Atualmente a empresa é fabricante dos produtos da marca Freedom, sendo a única empresa para a fabricação de veículos elétricos da América Latina com tecnologia nacional e própria, o que os torna extremamente competitivos aos produtos similares importados. Dentre os produtos por ela fabricados, o modelo elevador elétrico Stand-up possui algumas características importantes que podem ser utilizadas no projeto. O equipamento é indicado para usuários com lesão baixa, foi desenvolvido com a

22 9 função de transferência dos deficientes para cadeiras de rodas, cama, vaso sanitário e outros, com conforto e segurança para o paciente e acompanhante. FIGURA 3 - ELEVADOR STAND UP FONTE: FREEDOM, 2007 TABELA 1 - ESPECIFICAÇÕES DO ELEVADOR STAND UP ALTURA (cm) 145 COMPRIMENTO (cm) 117 CURSO DO LEVANTE (cm) 87 LARGURA (cm) 55 LARGURA ABERTA (cm) 132 PESO (kg) 38 RODÍZIOS 4 x2 RAIO DE GIRO (cm) PRÓPRIO EIXO DISTÂNCIA ENTRE EIXOS (cm) 98 AUTONOMIA DE CARGA (dia) 10 CAPACIDADE DE PESO (kg) 200 FONTE: FREEDOM, 2007 Este elevador possui o sistema de elevação com atuador linear com capacidade de 200 kg, seu chassi é fabricado em aço tubular, com pintura eletrostática a pó. É desmontável, possui ampla variação de regulagem de altura (permite variação no curso de elevação), permite alteração na abertura dos pés, facilitando a aproximação e torna possível a alteração do caster (base do equipamento), que permite corrigir os pontos de apoio do equipamento (Figura 3). As características técnicas informadas pelo fabricante encontram-se descritas na Tabela 1. O preço de obtenção deste equipamento é de R$ 3.730,87.

23 10 A empresa Liko fundada à 28 anos por um engenheiro de equipamentos que tinha contato diário com pessoas com necessidades de equipamento auxiliar, especialmente para elevações, desenvolveu seu primeiro elevador hospitalar no ano de 1980, sendo até hoje sinônimo de elevadores para pacientes. A empresa é líder de mercado nos países Nórdicos e detêm 20% do mercado mundial. A Liko possui uma gama de elevadores, caracterizados de acordo com sua capacidade de carga e tamanho (Tabela 2) dentre eles o modelo Viking (Figura 4), distribuídos em cinco modelos, desde o super-resistente até o modelo de pequeno porte. FIGURA 4 - ELEVADOR VIKING M FONTE: LIKO, 2007 TABELA 2 - ESPECIFICAÇÃO DOS ELEVADORES MODELO VIKING VIKING XL VIKING L VIKING M VIKING S VIKING XS CARGA MÁX. 300 kg 250 kg 205 kg 160 kg 160 kg MAX. ALTURA LEVANTAMENTO MIN. ALTURA LEVANTAMENTO INTERVALO DE LEVANTAMENTO 187 cm 179 cm 179 cm 175 cm 155 cm 66 cm 45 cm 52 cm 53 cm 41 cm 121 cm 134 cm 127 cm 122 cm 114 cm MAX. ALTURA 211 cm 200 cm 202 cm 198 cm 178 cm COMPRIMENTO 142 cm 135 cm 123 cm 126 cm 110 cm LARGURA cm cm cm cm cm PESO (COM BATERIAS) 42 kg 40 kg 35 kg 25 kg 25 kg FONTE: LIKO, 2007

24 11 Todos possuem aspectos de grande relevância, entre eles, o equilíbrio entre o peso baixo do equipamento e sua grande capacidade de elevação. Dentre os modelos pesquisados destaca-se o modelo Viking M, dito como elevador versátil e perfeito para pacientes e técnicos de saúde, pois atende à necessidades diversas, é equipado com apoio para os braços e apesar do seu baixo peso de 35kg, pode elevar até 205kg. Fabricado em alumínio, pode ser utilizado em diversos ambientes úmidos ou não, por ser fácil de manobrar, pode ser utilizado em ambientes residenciais com espaço limitado. Seu sistema de elevação é elétrico, e pode ser utilizado em movimentações como, por exemplo, da cama para a cadeira de rodas, banheira ou vaso sanitário e/ou elevações diretamente do chão. Possui três posições para ajustar a altura, oferecendo elevação otimizada. Sua velocidade de elevação é de 3,5 cm/s sem carga, possui motor magnético permanente de 24 volts e porca de segurança em caso de descarga da bateria. Produtos com acionamento hidráulico foram encontrados em lojas americanas. Um exemplo é o Invacare 9805 hydraulic hoyer lift, mostrado na Figura 5. FIGURA 5 - INVACARE 9805 HYDRAULIC HOYER LIFT FONTE: REHABMART, 2007 O fabricante descreve o produto como um elevador hidráulico para situações seguras e econômicas de transporte de deficientes. Capacidade do peso de 204 kg,

25 12 estrutura com cromo durável e 360 graus de rotação do paciente sem balanço lateral. O pouco peso e a desmontagem fácil permitem o transporte e instalação rápida. O acessório da barra do giro de seis pontos adapta-se facilmente a todos os estilos e posições da barra de suporte. A escala de 0,50 a 1,63 metro permite que o paciente seja levantando de uma posição deitada no chão. O punho da bomba hidráulica pode girar de um lado ao outro para a conveniência do assistente. As especificações deste elevador são apresentadas na Tabela 3. O preço de venda deste equipamento é de U$1, no mercado americano. TABELA 3 - ESPECIFICAÇÃO DO ELEVADOR INVACARE 9805 HYDRAULIC HOYER LIFT Carga máxima [kg] 204 Máxima altura de levantamento [m] 1,63 Mínima altura de levantamento [m] 0,50 Comprimento [m] 1,20 Largura quando aberto [m] 1,07 Largura quando fechado [m] 0,56 Peso [kg] 30 FONTE: INVACARE, NORMA ABNT NBR 9050 A norma ABNT NBR 9050 (2004) estabelece critérios e parâmetros técnicos a serem observados quando do projeto, construção, instalação e adaptação de edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos às condições de acessibilidade. No estabelecimento desses critérios e parâmetros técnicos foram consideradas diversas condições de mobilidade e de percepção do ambiente, com ou sem a ajuda de aparelhos específicos, como: próteses, aparelhos de apoio, cadeiras de rodas, bengalas de rastreamento, sistemas assistivos de audição ou qualquer outro que venha a complementar necessidades individuais. Esta norma visa proporcionar à maior quantidade possível de pessoas, independentemente de idade, estatura ou limitação de mobilidade ou percepção, a utilização de maneira autônoma e segura do ambiente, edificações, mobiliário, equipamentos urbanos e elementos. Todos os espaços, edificações, mobiliários e equipamentos urbanos que vierem a ser projetados, construídos, montados ou implantados, bem como as

26 13 reformas e ampliações de edificações e equipamentos urbanos, devem atender ao disposto nesta norma para serem considerados acessíveis. 2.4 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO A metodologia adotada para desenvolver e projetar este equipamento é proposta por SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS (2005), e de forma muito similar por NORTON (2004). Para SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS (2005), o processo completo de um projeto, do inicio até o fim, é freqüentemente delineado conforme a Figura 6. Ele começa com o reconhecimento de uma necessidade e de uma decisão envolvendo fazer algo a respeito dela. Após muitas iterações, o processo termina com a apresentação dos planos para satisfazer a tal necessidade. Dependendo da natureza do projeto, várias fases de projeto podem ser repetidas ao longo da vida do produto, desde sua concepção até seu término. Segundo Norton (2004), a metodologia de projetos é essencialmente um exercício de criatividade aplicada, muitas metodologias foram definidas para ajudar na solução de problema não estruturado, isto é, casos em que a definição do problema é vaga e para os quais muitas soluções possíveis existem. Uma das metodologias existentes relaciona sete etapas, conforme descrito a seguir. Identificação da necessidade. Geralmente consistem em uma exposição mal definida e vaga do problema. Pesquisa de suporte. É necessário para definir e compreender completamente o problema, sendo em seguida possível estabelecer o objetivo de forma mais razoável e realista que na exposição original do problema. Especificação de tarefas. Nesta etapa elabora-se uma lista de tarefas, as quais fecham o problema e limitam seu alcance. Concepção e invenção. É nesta etapa, também chamada de Síntese, que se busca a geração de um maior número de soluções possíveis, geralmente sem considerar seu valor ou qualidade. Análise. Nesta fase todas as possíveis soluções listadas na etapa anterior são analisadas e aceitas, rejeitadas ou modificadas, sendo que a solução mais promissora é então selecionada.

27 14 Projeto detalhado. Esta fase ocorre após a seleção e aprovação de um projeto. Nesta etapa, todas as pontas são atadas, todos os croquis de engenharia feitos, fornecedores são identificados, especificação de fabricação definidas, a construção real do projeto é feita pela primeira vez como um protótipo. Produção. Esta fase deverá ocorrer após a liberação do protótipo, pelo departamento de engenharia ou homologação do produto pelo cliente final. FIGURA 6 - FASES DE UM PROJETO Reconhecimento da necessidade Definição do problema Síntese Análise e otimização Avaliação Apresentação FONTE: SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS, 2005 As metodologias descritas acima podem dar uma impressão errônea de que este processo pode ser concluído de maneira linear, no entanto deve ocorrer uma iteração ao longo de todo o processo, podendo neste caso haver o retorno de uma etapa para a outra, em todas as combinações possíveis, por exemplo, as melhores idéias geradas durante a concepção invenção, poderão apresentar-se como

28 15 imperfeitas quando posteriormente analisadas, sendo necessário o retorno desta fase para serem geradas outras soluções. Poderá haver o retorno à etapa de pesquisa e suporte se necessário a obtenção de maiores informações, as especificações de tarefas poderão ser revisadas, ao se verificar que as mesmas não apresentam prazos compatíveis com a realidade. Em resumo, não se pode conduzir um projeto de forma linear, à iteração das fases deve ocorrer até que finalmente apareça a melhor solução para o problema ou a definição de um melhor produto. Segundo SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS (2005), projetar consiste em formular um plano para a satisfação de uma necessidade específica quanto em solucionar um problema. Se tal plano resultar na criação de algo tendo uma realidade física, então o produto deverá ser funcional, seguro, confiável, competitivo, utilizável, manufaturável e mercável. Esses termos são definidos da seguinte forma. Funcional. O produto deve apresentar um desempenho que atenda as necessidades e expectativas do consumidor. Seguro. O produto não deve oferecer perigo ao usuário. Perigos que não podem ser evitados por projeto devem se valer de anteparos (proteções); se isso não for possível, informações apropriadas ou avisos devem ser fornecidos. Confiável. Confiabilidade é a probabilidade condicional, a um determinado nível de confiança, de que o produto irá desempenhar sua função proposta satisfatoriamente, ou sem falhar em uma determinada idade. Competitivo. O produto deve ser um forte competidor em seu mercado. Utilizável. O produto deve ser amigável ao usuário, acomodando-se a especificações como tamanho, resistência, postura, alcance, força, potência e controle humanos. Manufaturável. O produto deve ser reduzido a um número mínimo de componentes, adequados a produção em massa, com dimensões, distorção e resistência sob controle. Mercável. O produto deve ser comprado, e serviços de assistência técnica devem estar disponíveis.

29 16 O sucesso de qualquer projeto depende muito da validade e adequação dos modelos de engenharia utilizados para prever e analisar seu comportamento antes da construção de qualquer máquina. A criação de um modelo de engenharia útil para um projeto é provavelmente a parte mais difícil e desafiadora de todo o processo. Os modelos de engenharia básicos podem consistir de alguns croquis da configuração geométrica e em algumas equações que descrevem seu comportamento. É muito importante que se tenha uma estratégia em mente, para que se faça uma estimativa da configuração do projeto no início, pressupor qualquer condição limitante que achar apropriada e fazer uma análise de primeira ordem, que será somente uma estimativa do comportamento do sistema. Esses resultados permitirão que se identifique formas de melhorar o projeto. Com cada iteração bem sucedida, sua compreensão do problema, a precisão de suas hipóteses, a complexidade do seu modelo e a qualidade das suas decisões de projeto serão aprimoradas. Atualmente, os engenheiros contam com uma grande variedade de ferramentas e recursos para assisti-los na solução de problemas de projeto. Microcomputadores e pacotes de programas robustos provêem ferramentas de imensa capacidade para o projeto, a análise e a simulação de componentes mecânicos. Além dessas ferramentas, os engenheiros sempre necessitam de informações técnicas, seja na forma de ciência básica/comportamento de engenharia ou na de características de componentes específicas de catálogo, podendo variar de livros-texto de ciência/engenharia até brochuras de fabricantes. 2.5 PROJETO E ENGENHARIA AUXILIADOS POR COMPUTADOR Projeto auxiliado por computador À medida que um projeto avança, croquis à mão livre são substituídos por desenhos formais feitos com o equipamento convencional da prancheta, ou com aplicativos de projeto auxiliado por computador, ou de desenho auxiliado por computador. Versões atuais da maioria dos aplicativos de CAD (Computer Aided Design) permitem que a geometria da peça seja codificada em um banco de dados 3D como

30 17 modelos sólidos. Em um modelo sólido, as arestas e as faces da peça são definidas. A partir dessa informação em 3D, as vistas ortográficas convencionais em 2D podem ser geradas automaticamente. A principal vantagem de se criar um banco de dados geométrico do modelo sólido em 3D para qualquer projeto é que as informações sobre propriedades de massa podem ser rapidamente calculadas. Os sistemas de modelo sólido geralmente oferecem uma interface para um ou mais programas de Análise de Elementos Finitos FEA (Finite Element Analyzis) e permitem a transferência direta da geometria do modelo para o programa de FEA para análise de tensões, vibrações e transferência de calor. Alguns sistemas de CAD incluem a capacidade de geração de malhas, que cria uma malha de elementos finitos automaticamente antes de enviar os dados para o software de FEA. Essa combinação de ferramentas proporciona um meio extremamente poderoso para se obter projetos superiores cujas tensões são mais precisamente conhecidas do que seria possível utilizando-se técnicas de análise convencionais quando a geometria é complexa. A Figura 7 mostra uma peça depois que uma malha de elementos finitos foi criada pelo aplicativo Áries, antes de enviá-la para o software FEA para análise de tensões. FIGURA 7 - MALHA FEM APLICADA AO MODELO FONTE: NORTON, 2004

31 Engenharia auxiliada por computador As técnicas utilizadas anteriormente, chamadas de CAD, fazem parte de um subgrupo da Engenharia Auxiliada por Computador CAE (Computer Aided Engineering), que não se limita apenas à geometria das peças, mas sim quando uma análise de forças, tensões ou outros aspectos do comportamento físico do projeto são incluídos o processo é chamado de CAE. Outras classes de ferramentas do CAE são solucionadores de equações, que são ferramentas de uso geral que permitem que qualquer combinação de equações seja codificada da melhor forma e depois manipulam o grupo de equações para diferentes valores dos dados e exibem os resultados de forma tabular e gráfica. Os solucionadores de equação usados para o cálculo de forças, tensão e deflexão, permitem que os cálculos sejam feitos rapidamente a partir dos dados inseridos. Isto possibilita que várias tentativas de resolução sejam executadas, e que os efeitos das modificações em materiais e dimensões possam ser visualizados imediatamente CATIA O software CATIA, desenvolvido pela Dassault Systemes, é a ferramenta de CAE utilizada no desenvolvimento deste trabalho. Esta ferramenta permite o modelamento das peças em separado e automaticamente posiciona e verifica a consistência de montagem entre elas. O software também realiza análises estruturais e de elementos finitos, ferramentas que são utilizadas neste trabalho. 2.6 MÉTODOS DE ELEMENTOS FINITOS Em estudo do comportamento de sistemas físicos são utilizados modelos físicos (usualmente em escala reduzida, de laboratório) e/ou modelos matemáticos. O avanço da ciência e o cotejamento entre esses modelos têm motivado um grande desenvolvimento dos modelos matemáticos, propiciando modelagens realísticas, confiáveis e de aplicações práticas na engenharia, muito mais econômicas do que

32 19 os modelos físicos. Embora o modelo matemático guarde aproximações em relação ao sistema físico original, a sua solução é dita exata. A análise destes modelos matemáticos habitualmente requer o uso de métodos numéricos, entre os quais se inclui o de elementos finitos. Esse método introduz aproximações adicionais aos modelos matemáticos, formando os correspondentes modelos discretos, nos quais se busca a determinação de incógnitas em um número finito de pontos. Nesse procedimento de discretização, o número infinito de pontos do domínio do modelo matemático com incógnitas a determinar é substituído pelo conjunto finito de pontos nodais da malha de elementos com número discreto de incógnitas. O modelo discreto pode ser gerado com recursos de CAD (Computer Aided Design ou projeto assistido por computador), permitindo imediatas visualizações desse como um todo ou de suas partes, sob diferentes pontos de vista ou projeções. Pós-processadores gráficos permitem a representação de deformações do modelo ou de suas partes, de faixas de tensões por meio de códigos de cores ou por meio de curvas de isotensão, de históricos de respostas no caso de análise dinâmica, de diagramas de resultados, etc Matriz de rigidez do elemento finito Segundo SOBRINHO (2006), os problemas de rigidez foram o principal motivador no desenvolvimento do método dos elementos finitos que receberam o nome genérico de formulação dos deslocamentos. Esta formulação é ainda largamente utilizada na análise de tensões e deformações em estruturas e sólidos de geometria ou carregamentos complexos, devido à aceitabilidade da precisão obtida nas soluções onde materiais metálicos são empregados. Segundo ASSAN (1999), treliças retas e pórticos, em geral, são representados por seus eixos baricêntricos que podem ser discretizados por um elemento finito unidimensional com dois nós. Para as treliças, as incógnitas nodais são apenas os deslocamentos nodais longitudinais u 1 e u 2. Dados u 1 e u 2, o deslocamento em qualquer ponto do

33 20 elemento finito fica determinado se a função aproximadora u (x) for uma reta, como a da igualdade (1). Nesse caso a deformação longitudinal é constante ao longo do elemento finito. Os pórticos planos têm como incógnitas nodais duas translações: os deslocamentos u e v, e uma rotação θ. Considerando-se que a deformação longitudinal ε seja constante ao longo do elemento finito, os deslocamentos longitudinais podem ser representados, como no elemento de treliça, por uma reta: u = a a x. (1) Então, os deslocamentos transversais têm de ser representados por um polinômio de terceiro grau do tipo: v = a +, (2) a4x + a5x a6 x que apresenta quatro parâmetros nodais. Como os deslocamentos transversais v e as rotações θ = dv dx não são independentes, a componente v do deslocamento em qualquer ponto do elemento finito depende de quatro componentes de deslocamentos: v 1 e θ 1 no nó 1 e v 2 e θ 2 no nó 2 do elemento finito. Nota-se, agora, que são seis os parâmetros nodais, isto porque foram acrescentados ao elemento finito de viga dois graus de liberdade ( u 1 e u 2 ). Para ASSAN (1999), as tensões e as deformações no elemento finito de pórtico plano são compostas de duas parcelas: uma relativa ao esforço axial e outra devida ao momento fletor. As relações entre esses esforços e os deslocamentos são: du N = σ A = EεA = Ε Α, dx (3) 2 d ν M = E I Χ = E I, 2 (4) dx

34 21 onde: σ = vetor das tensões; E = módulo de Young; A = área da seção transversal da barra; X = curvatura do eixo da barra no ponto analisado; I = momento de inércia de sua seção transversal em relação ao seu eixo neutro. Matricialmente, as igualdades (3) e (4) são representadas como: = X A E A E M N ε 0 0. (5) As deformações associadas ao elemento finito para pórtico plano são as deformações axiais ε e a curvatura X dadas por: ξ ε d du l dx du 1 = =, (6) dξ v d l dx v d X = =. (7) Pode-se relacionar essas deformações às incógnitas nodais derivando a igualdade (3); obtendo: ( ) ( ) ( ) ( ) = θ θ ξ ξ ξ ξ ε v u v u l l l l l l X, (8) sendo: l = comprimento da viga; ξ = coordenada adimensional ( l x ).

35 22 Inter-relacionando as equações (5) e (8), obtemos a matriz de rigidez do elemento finito: = l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EA l EA l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EI l EA l EA k (9)

36 23 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo são descritas as metodologias e técnicas que são utilizadas para o desenvolvimento do projeto. 3.1 GERENCIAMENTO DE PROJETOS Um projeto é um empreendimento temporário não repetitivo, caracterizado por uma seqüência clara e lógica de eventos, com início, meio e fim, que tem por objetivo criar um produto ou serviço único. O projeto tem cinco fases bem definidas, como ilustrado na Figura 8: Fase de iniciação; Fase de planejamento; Fase de execução; Fase de controle; Fase de finalização. FIGURA 8 - CICLO DE VIDA DE UM PROJETO FONTE: PMBOK, 2000

37 24 De acordo com o PMBOK (Project Management Body of Knowledge, 2000), Gerência de projetos é a aplicação de conhecimentos, habilidades e técnicas para projetar atividades que visem atingir os requerimentos do projeto. O gerenciamento do projeto é acompanhado através do uso de processos tais como os citados anteriormente, iniciação, planejamento, execução, controle e encerramento. O termo gerência de projetos é algumas vezes usado para descrever uma abordagem organizacional para gerenciamento de processos operacionais contínuos. O gerenciamento de projetos é divido em nove áreas de conhecimento: Gerência da Integração do Projeto; Gerência do Escopo do Projeto; Gerência do Tempo do Projeto; Gerência do Custo do Projeto; Gerência da Qualidade do Projeto; Gerência dos Recursos Humanos do Projeto; Gerência das Comunicações do Projeto; Gerência dos Riscos do Projeto; Gerência das Aquisições do Projeto. 3.2 BENCHMARKING Segundo KATHLEEN (1994), benchmarking é um instrumento de obtenção de mudanças, utilizando a filosofia da melhoria contínua a fim de melhorar o desempenho. O benchmarking é externamente orientado e procura coletar informações sobre meios criativos de reestruturar os processos e recursos de uma empresa, com o objetivo de melhor atender às necessidades de seus vários investidores. Embora o benchmarking possa ser realizado a qualquer momento, é mais comum ele ser empreendido como resposta às necessidades de informações referentes a algum projeto, ou problema. Dentre os fatores que desencadeiam o processo, podemos incluir, definição dos processos de qualidade, redução de custo ou orçamento, melhorias em operações ou produtos e novos empreendimentos.

38 25 Segundo CAMP (1993) os passos essenciais para o desenvolvimento de benchmarking são: - Marco de referência: Toda a função de uma empresa tem ou entrega um produto. Este produto é resultado do processo empresarial da função, seja ele um bem físico, um pedido, uma fatura ou serviço. O benchmarking é apropriado a todos estes e outro resultados, sendo assim, primeiro é preciso determinar os produtos. - Coleta de dados: Há infinitas maneiras para se obter os dados necessários e a maior parte deles está pronta e disponível. É preciso um certo grau de curiosidade e engenho, mas a combinação de métodos que melhor atenda as necessidades do estudo na maioria das vezes é produtiva. O importante é reconhecer que o benchmarking é um processo não só para se obter metas métricas quantificáveis, mas também, para investigar e documentar as melhores práticas da indústria. - Análise: A fase de análise deve envolver uma cuidadosa compreensão das práticas correntes nos seus processos, bem como de seus fornecedores, afinal, o processo de benchmarking é uma análise comparativa. Aquilo que se deseja é uma compreensão do desempenho interno, a partir da qual se possa avaliar as forças e fraquezas. É importante que o benchmarking seja um processo permanente, para que o desempenho seja constantemente recalibrado para garantir superioridade. - Integração: Integração é o processo que usa as descobertas do benchmarking para fixar as metas operacionais das mudanças, ela envolve um planejamento cuidadoso para incorporar novas práticas à operação e assegurar que as descobertas sejam incorporadas a todos os processos formais de planejamento. É preciso demonstrar, de forma clara e convincente, que elas são corretas e se baseiam em dados concretos, pois elas servirão como base para os o desenvolvimento dos planos de ação. - Ação: As descobertas do benchmarking e os princípios operacionais nelas baseados devem ser convertidos em ações específicas de implementação, além disso é preciso que haja medições e avaliações periódicas. As pessoas que de fato

39 26 executam as tarefas do trabalho são as mais capacitadas para determinar como as descobertas podem ser incorporadas ao processo, além disso os planos de mudança devem conter marcos para a atualização dos pontos de referência. Os progressos em direção aos pontos de referência devem ser reportados a todos os funcionários, para isso é necessário um mecanismo permanente de comunicação. Os passos do processo de benchmarking estão descritos na Figura 9. FIGURA 9- PASSOS DO PROCESSO DE BENCHMARKING FONTE: CAMP, DESCRIÇÃO GERAL DO DESDOBRAMENTO DA FUNÇÃO QUALIDADE O Desdobramento da Função Qualidade DFQ é um instrumento que, por meio de sucessivos mapeamentos, traduz os requisitos para a qualidade, tal como definidos pelo próprio cliente, em requisitos técnicos balizadores de todo o ciclo de obtenção do produto ou do serviço, desde a fase conceptual até a utilização, incluindo a verificação da qualidade do produto ou serviço. Segundo VALERIANO (1998), DFQ é uma metodologia e ferramenta para tornar atuante a participação do cliente durante todo o processo, tendo a vantagem

40 27 de quebrar as barreiras entres as funções na empresa e propiciar a efetiva formação de equipes integradas, voltadas para o produto, tal como o cliente quer. O processo consiste na elaboração de várias tabelas, obtidas sucessivamente por meio de uma série de matrizes. As tabelas contêm os requisitos do cliente, os requisitos finais do produto, os requisitos críticos das partes e seus pontos de controle as operações-chave dos processos. O primeiro diagrama relaciona os requisitos do cliente com os requisitos finais de controle do produto e sua disposição gráfica em uma forma que lembra uma casa: um retângulo (matriz de relacionamento), encimado por um triângulo (matriz de correlação). Por esta razão o DFQ também é chamado A Casa da Qualidade. O desenvolvimento da função qualidade é um método de traduzir os requisitos operacionais ou funcionais do cliente (as suas necessidades) em requisitos técnicos e orientações para cada uma das fases subseqüentes do ciclo de vida: concepção do sistema, engenharia, avaliação do protótipo, processos de produção, produção propriamente dita, vendas, operação, serviços etc. Ele é apresentado em uma forma gráfica que permite visualizar os diversos passos que devem ser dados desde o levantamento das necessidades do cliente até que o produto esteja pronto para utilização e para ser suportado pelo fornecedor. 3.4 BRAINSTORMING Segundo CSILLAG (1995), brainstorming é o precursor de muitas técnicas de geração de idéias existentes. Foi originalmente desenvolvido por Osborn em 1930, e é provavelmente a mais conhecida e utilizada de todas as técnicas. Essa técnica é baseada em dois princípios e quatro regras básicas. O primeiro princípio é o da suspensão de julgamento, o que requer esforço e treinamento, pois o pensamento crítico normalmente predomina neste caso, sendo assim o objetivo da suspensão de julgamento é o de possibilitar a geração de idéias. Apenas após a existência das idéias consideradas suficientes é que se realiza o julgamento de cada uma. O segundo princípio sugere que a quantidade origina qualidade, a explicação para isto está em quanto maior o número de idéias geradas, maior será a possibilidade que uma delas solucionará o problema.

41 28 As quatro regras básicas a serem seguidas durante uma sessão de brainstorming são: eliminar qualquer crítica, para que o primeiro princípio seja válido, assim como eventuais bloqueios por parte dos participantes; tentar estar desinibido e externar as idéias tal qual aparecerem, provocadas pelos estímulos existentes. Naturalmente os participantes apenas farão isto se tiverem a certeza de que suas idéias não serão julgadas imediatamente. O objetivo desta regra é relaxar todas as inibições durante a geração das idéias, permitindo-se assim aumentar o seu número num clima apropriado; quanto mais idéias, melhor, pois assim será maior a chance de conseguir, diretamente ou por meio de novas associações, as boas idéias; Combinar e melhorar as idéias já existentes, facilitando a geração de idéias adicionais, já dadas. Uma nova idéia é normalmente frágil e precisa ser reforçada para que seja considerada boa. O processo consiste em formar um grupo composto de um coordenador, um secretário e de seis a doze participantes. Dias antes da reunião, cada participante deve receber o enunciado do problema com informações adicionais. Antes do ínicio do brainstorming, deve-se orientar os participantes sobre as regras do jogo, sobre a origem e motivo do problema a ser estudado e proceder a um aquecimento. Ao anotar o problema no quadro, fica dado o início do processo, pedindo ao pessoal que sugira idéias que serão anotadas, pelo secretário. Após 40 minutos, aproximadamente, deve-se parar o processo para iniciar a fase seguinte, que consiste na seleção, a ser feita por um pequeno grupo de três a cinco pessoas, que deverão prestar contas ao grande grupo sobre seu trabalho. 3.5 PESQUISA MERCADOLÓGICA Segundo CHISNALL (1980), pesquisa mercadológica é a coleta e análise de dados sobre problemas relacionados à comercialização de bens e serviços. Deve ter longo raio de alcance em suas indagações, deve cobrir o desenvolvimento de

42 29 produto, identificação de mercado, métodos adequados de vendas, distribuição, promoção e serviços de apoio à vendas. A maioria das investigações utiliza a forma de questionários, isto pode ser feito pelo correio ou em entrevistas pessoais, sendo este o mais comum, significa que os dados primários podem ser coletados diretamente dos respondentes dos mercados industriais e de consumo. A quantidade de informação que se pode obter por meio de entrevista pessoal é capaz de proporcionar uma vasta série de novos dados de grande importância, envolvem entrevistadores que trabalham com uma amostra cuidadosamente selecionada da população que esta sob levantamento. A amplitude de uma pesquisa de mercado deve ser analisada com critérios, devido às condições competitivas de comércio, que caracterizam praticamente todos os mercados hoje em dia, quer seja no país ou internacionalmente, exigem um fluxo de informação na qual se possa confiar. É por exemplo por intermédio da aplicação inteligente de uma pesquisa que os produtores podem diminuir as distâncias entre si próprios e os que usam seus produtos. As principais divisões da pesquisa mercadológica podem ser identificadas como pesquisa de produto, de vendas, de cliente e de promoção. A pesquisa de produto diz respeito ao desenho, desenvolvimento e testes de novos produtos, a melhoria dos produtos existentes e a previsão das tendências prováveis na preferência dos consumidores, em áreas como estilo, qualidades funcionais. Deve-se quando possível realizaram-se testes comparativos com produtos concorrentes a fim de estimar de modo realista a importância dos produtos industrializados a partir do ponto de vista do consumidor, deve-se também realizar estudos de formação de preço em base comparativa. Para determinados produtos um serviço eficiente de assistência técnica tem grande influência para atrair vendas, merecendo assim uma atenção especial. A pesquisa de vendas envolve um exame minucioso das atividades de vendas, em geral é feita por territórios de vendas e, de preferência, analisadas de modo a poder-se fazer comparações diretas com os dados publicados.toda e qualquer informação que exista dentro da empresa deve ser utilizada e combinada com os dados externos.a posição de uma empresa em seu mercado deve ser verificada em relação a seus concorrentes, estes devem ser identificados e classificados por ordem de importância. Como auxilio a uma previsão de vendas

43 30 mais realista, é aconselhável que a pesquisa se assegure de que as estimativas baseiam-se em conhecimento sólido dos fatores que tem probabilidade de afetar o consumo em tal mercado, isto precisa levar em conta o desenvolvimento econômico, político e social, e a legislação, tanto no país como no exterior. A amostragem envolve o estudo em detalhe de um número de informações extraído de um grupo maior, a população (universo), refere-se a qualquer grupo de pessoas ou objetos semelhantes de alguma maneira, e que constituem o tema de estudo. As populações, por exemplo, de máquinas-ferramenta ou de pessoas que podem ser classificadas de diversas maneiras, sendo assim antes que a pesquisa seja possível é necessário que a população seja claramente definida. Amostragem ocorre quando um certo número de unidades é extraído de uma população e examinado com certos detalhes, esta informação é então, considerada como aplicável ao universo todo. O tamanho da amostra depende das características básicas da população, do tipo de informação exigida pelo levantamento e do custo. Por isso as amostras podem variar em tamanho por diversas razões. 3.6 ERGONOMIA A ergonomia é o estudo da adaptação do trabalho ao homem. A palavra trabalho neste contexto abrange não apenas o trabalho executado com máquinas e equipamentos, mas toda situação que ocorra o relacionamento entre o homem e uma atividade produtiva. Diversas associações nacionais e internacionais de ergonomia apresentam suas próprias definições. A Ergonomics Society (2007) da Inglaterra define ergonomia como: Ergonomia é o estudo do relacionamento entre o homem e seu trabalho, equipamento, ambiente e particularmente, a aplicação dos conhecimentos de anatomia, fisiologia e psicologia na solução de problemas que surgem desse relacionamento. A Associação Brasileira de Ergonomia (2007) adota a seguinte definição: Entende-se por ergonomia o estudo das interações das pessoas com a tecnologia, a organização e o ambiente, objetivando intervenções e projetos que

44 31 visem melhorar, de forma integrada e não-dissociada, a segurança, o conforto, o bem-estar e a eficácia das atividades humanas. Internacionalmente, a International Ergonomics Association (2007) aprovou uma definição, em 2000, conceituando a ergonomia e suas especializações: Ergonomia (ou fatores humanos) é a disciplina científica que estuda as interações entre os seres humanos e outros elementos do sistema, e a profissão que aplica teorias, princípios, dados e métodos a projetos que visem otimizar o bem estar humano e o desempenho global dos sistemas. Dentre as diversas definições de ergonomia, a que mais adequa-se ao escopo deste projeto é a interface homem-máquina, onde ocorrem trocas de informações e energias entre o homem, a máquina e ambiente, resultando na realização de trabalho. Esta ciência subdivide-se em três categorias: ergonomia física; ergonomia cognitiva; ergonomia organizacional. A Ergonomia Física ocupa-se das características da anatomia humana, antropometria, fisiologia e biomecânica, relacionados com a atividade física. Os tópicos relevantes incluem a postura no trabalho, manuseio de materiais, movimentos repetitivos, distúrbios músculos-esqueléticos relacionados ao trabalho, projeto de postos de trabalho, segurança e saúde do trabalhador. A Ergonomia Cognitiva ocupa-se dos processos mentais, como a percepção, memória, raciocínio e resposta motora, relacionados com as interações entre as pessoas e outros elementos de um sistema. Os tópicos relevantes incluem a carga mental, tomada de decisões, interação homem-computador, estresse e treinamento. A Ergonomia Organizacional ocupa-se da otimização dos sistemas sóciotécnicos, abrangendo as estruturas organizacionais, políticas e processos. Os tópicos relevantes incluem comunicações, projeto de trabalho, programação do trabalho em grupo, projeto participativo, trabalho cooperativo, cultura organizacional, organizações em rede, teletrabalho e gestão da qualidade.

45 SEGURANÇA E RESPONSABILIDADE DO PRODUTO Segundo SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS (2005), o conceito de responsabilidade do produto estabelece que um fabricante de um artigo é responsável por qualquer dano ou ferimento que aconteça em decorrência de um defeito, não importando se sabia desse defeito ou se de fato não pudesse ter conhecimento do mesmo. Em caso de uma ocorrência, mesmo que após diversos anos, o reclamante necessita apenas provar que o produto era defeituoso e que o defeito lhe causou algum dano ou ferimento. Um dos assuntos delicados que eventualmente afloram na prática da engenharia é o que fazer quando se detecta algo que se considera de baixa qualidade. Se possível, naturalmente você deve tentar corrigi-lo ou, então, realizar testes suficientes para provar que seus receios são infundados. Se nenhuma dessas abordagens for exeqüível, então um outro procedimento consistirá em colocar um memorando no arquivo de projeto. As melhores abordagens para a prevenção de responsabilidade pelo produto são uma engenharia satisfatória, tanto em análise como em projeto, controle de qualidade e procedimentos claros de testes. 3.8 MATRIZ DE DECISÃO Segundo a Sociedade Americana de Qualidade (American Society for Quality, 2007), a matriz de decisão é uma ferramenta utilizada para a priorização de elementos através da ponderação do impacto de critérios, previamente definido, nos elementos com seus respectivos pesos. O usuário define pesos e critérios e então estabelece um valor para cada ponto de acordo com o critério. É utilizada quando a decisão necessita ser tomada baseada em diversos critérios e quando a lista de opções deve ter apenas uma escolha. Aplica-se em situações em que haja uma oportunidade de melhoria ou a um problema, quando somente uma solução pode ser implementada e quando um produto necessita ser desenvolvido. Como procedimento deve-se realizar um brainstorming para avaliação dos critérios apropriados para a situação, se possível o cliente deve ser envolvido neste

46 33 processo. Deve-se discutir e refinar a lista de critérios e se necessário, a lista de critérios pode ser reduzida mediante aprovação da equipe. Os elementos a serem priorizados devem ser posicionados na primeira coluna da matriz de decisão e especificar um peso para cada critério, basendo-se em quão importante este critério é para a situação. A atribuição deve ser feita através de discussões. O método para a montagem de uma matriz sugere uma escala para cada critério, classificando-os como baixo, médio e alto, tendo certeza de que a escala definida é consistente. Em seguida multiplica-se cada ponto de acordo como seu peso, somam-se os pontos e então o item que obtiver a maior pontuação será aquela com maior relevância. 3.9 CRITÉRIO DE SELEÇÃO DOS MATERIAIS O projeto de peças metálicas deve levar em consideração diversos fatores que são inter-relacionados de forma nem sempre simples de ser conhecida. Os requisitos de desempenho de uma peça metálica quer na fase de sua fabricação, quer na fase de sua utilização como componente de um sistema mecânico complexo, são estabelecidos de maneira a compatibilizar a função exigida da peça com as possibilidades de sua fabricação a partir de materiais metálicos. Como em muitos casos pode-se dispor de uma série de processos de fabricação e de diversos tipos de materiais metálicos, a seleção desses materiais, e dos processos de fabricação das peças, deve atender ao requisito fundamental de menor custo de fabricação para uma qualidade industrial especificada. A análise dos fatores que influenciam o projeto do produto (a concepção da peça metálica), e o projeto do processo de fabricação (a maneira de obtenção da peça metálica) é fundamental para a seleção mais conveniente dos materiais metálicos constituintes das peças. Segundo BRESCIANI (1988), o parâmetro mais importante para o projeto de componentes de sistemas mecânicos é o limite de escoamento em face da necessidade da solicitação permanecer dentro da região de comportamento elástico do material metálico. Em decorrência de um determinado nível de solicitação, muitas vezes é necessário determinar também o nível da deformação elástica atingida.

47 34 Nesse caso o conhecimento do módulo de elasticidade é também fundamental. Contudo, dois outros parâmetros devem ser considerados de um modo geral: o custo do material e a densidade. A densidade é particularmente importante para manter o mais alto possível a relação resistência / densidade no caso de projeto de sistemas mecânicos móveis. As relações entre os diferentes parâmetros pode ser estabelecido em função da necessidade de comparação entre as características dos diferentes materiais. As relações comuns são: peso relativo para a mesma resistência; peso relativo para a mesma rigidez; custo relativo para a mesma resistência; custo relativo para a mesma rigidez. Para BRESCIANI (1988), a seleção de aços para conferir aos componentes mecânicos as características de resistência, a um custo de aquisição e fabricação mínimos, é um procedimento que deve levar em consideração diversos fatores: disponibilidade no mercado dos aços; padronização das composições dos aços e dimensões dos semiprodutos; facilidade de fabricação dos componentes. A disponibilidade dos aços no mercado é um fator econômico importante de seleção, pois não só permite o suprimento nas quantidades e no tempo necessário ao processo produtivo como também, contribui para a redução dos custos de aquisição de matéria-prima. Segundo BRESCIANI (1988), deve-se inicialmente considerar a possibilidade de utilizar os aços-carbono no lugar dos aços-liga devido ao menor custo de aquisição. Após a seleção inicial, com base na composição, é necessário verificar-se a possibilidade de encontrar tipos de aços padronizados como, também, as dimensões e tolerâncias dos semiprodutos (placas, barras, etc) indicadas pelos fabricantes de aços. Outros fatores importantes são as facilidades de fabricação como: soldabilidade; usinabilidade;

48 35 conformabilidade; comportamento no tratamento térmico ANALISE DE MODO E EFEITO DE FALHA (FMEA) A ferramenta da qualidade conhecida como FMEA (do inglês Failure Mode and Effect Analysis) é definida como uma metodologia preventiva para assegurar que todas as possíveis falhas de um projeto, processo ou sistema, sejam consideradas e analisadas, antes do inicio de produção, objetivando desta forma a redução destas falhas ou defeitos que possam vir a ocorrer durante sua produção ou utilização, melhorando desta forma os níveis de confiabilidade do processo de projeto, fabricação e utilização do produto ou sistema. FMEA é uma técnica de engenharia usada para definir, identificar e eliminar conhecidos potenciais de falhas, problemas, erros de sistemas, designs, processos e ou serviços antes destes atingirem o cliente. FMEA tem como objetivos: a detecção sistemática do defeito; reconhecimento e localização oportuna do defeito no produto; eliminação ou redução dos riscos; documentação do estado de desenvolvimento do produto ou da preparação do processo. evitar ações de retrabalho. A análise de avaliação deve ter dois cursos de ação. Primeiro dados históricos, que devem levar em consideração análise de dados de produtos ou serviços similares, desejos de clientes e qualquer outra informação apropriada disponível. Segundo, estatísticas, modelamento matemático, simulações e engenharia concorrente devem ser usadas para identificar e definir as falhas. Na essência FMEA é um método sistemático de examinar todas as maneiras em que a falha pode ocorrer. A Figura 10 mostra as etapas para a realização de FMEA.

49 36 FIGURA 10 - DIAGRAMA DAS ETAPAS DE FMEA FONTE: STAMATIS, Tipos de FMEA A metodologia FMEA pode ser aplicada tanto no projeto, quanto no processo, assim ela se divide nas seguintes formas, segundo STAMATIS (1995): S FMEA; D FMEA; P FMEA. O S - FMEA é o método utilizado para os sistemas (do inglês System Failure Mode and Effect Analysis). É a análise do funcionamento correto de iteração dos componentes do sistema e suas ligações. O objetivo é evitar falhas de projeto e concepção de sistemas, como também evitar riscos em campo. As bases para a análise são os requisitos do sistema. Inserido no S - FMEA está a FMEA de interface, cujo método é a análise de interações entre produto, componente e ambiente. Procura evitar falhas de desenvolvimento e falhas de processo influenciadas pela construção. O D - FMEA é o método utilizado para a construção ou o design (do inglês Design Failure Mode and Effect Analysis). É a análise da concepção e configuração dos produtos ou componentes de acordo com as especificações técnicas, para evitarem falhas de engenharia e falhas de processos influenciados pelo projeto.

50 37 O P - FMEA é o método utilizado para o processo construtivo (do inglês Process Failure Mode and Effect Analysis), e é a análise do planejamento e execução do processo de acordo com os desenhos dos produtos ou componentes, para evitar falhas de planejamento e produção Inicio da aplicação do FMEA Especialmente um programa de FMEA deve ter inicio quando: um novo sistema, projeto, produto, processo ou serviço é projetado; existem sistemas, projetos, produtos, processos ou serviços são submetidos a alterações a despeito da razão; uma nova aplicação é executada para uma condição de sistema, projeto, produto, processo ou serviço já existente; melhorias são planejadas para sistemas, projetos, produtos, processos ou serviços já existentes Interpretação do FMEA A essência do FMEA é identificar e prevenir potenciais e conhecidos problemas que podem alcançar o cliente. Existem três componentes que podem ajudar a definir e priorizar as falhas ocorrência (O); severidade (S); detecção ( D ). Ocorrência é a probabilidade de ocorrência da falha. Severidade é a seriedade (efeitos) da falha. Detecção é a habilidade de detectar a falha antes que ela atinja o cliente. Existem muitas maneiras de definir o valor destes componentes. A maneira mais usual é a escala numérica. Este ranking, como assim chamado, varia na grande maioria de suas utilizações de 1 a 10. Na verdade ele é altamente recomendado pela facilidade de sua interpretação, acuracidade e precisão na quantificação do ranking.

51 38 4 DESENVOLVIMENTO 4.1 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA PARA GERENCIAMENTO DE PROJETOS Seguindo a metodologia escolhida, após a identificação e definição do problema há a especificação de tarefas. Nesta etapa elabora-se uma lista de tarefas, as quais fecham o problema e limitam seu alcance Estrutura de Decomposição do Trabalho EDT Segundo VALERIANO (1999), a estrutura de decomposição do trabalho EDT é uma forma de apresentação do projeto que o explicita em suas partes físicas, em softwares, serviços e outros tipos de trabalho, a qual organiza, define e graficamente mostra tanto o produto a ser feito como trabalho a ser realizado para obtê-lo. A EDT consiste em uma criteriosa decomposição tanto do produto como dos processos para obtê-lo, bem como as tarefas administrativas e/ou gerenciais necessárias. Ela costuma ser apresentada de duas maneiras: sob a forma de um organograma, também conhecida como árvore de decomposição do projeto; ou como uma relação ou tabela. O modelo adotado neste trabalho é a árvore de decomposição do projeto que, segundo VALERIANO (1998), são melhor visualizadas as integrações e montagens, interfaces, relacionamento e interdependência de especificações. A EDT, representada com as atividade de até nível 3 na Figura 11, mostra as tarefas a serem realizadas para entrega da segunda, terceira e quarta etapa do Trabalho de Conclusão de Curso TCC. Para a entrega da segunda etapa do TCC, são listados uma série de tarefas a serem realizadas, chamadas de tarefas de iniciação, que são: pesquisa da necessidade; definição do problema; planejamento;

52 39 revisão bibliográfica; fundamentação teórica; entrega da segunda etapa. FIGURA 11 ESTRUTURA DE DECOMPOSIÇÃO DO TRABALHO FONTE: OS AUTORES, feito: Porém, para o planejamento do projeto, um pacote de trabalho deve ser escopo; definição das atividades; criação da EDT; cronograma; planejamento das aquisições.

53 40 Também existem algumas atividades realizadas para a revisão bibliográfica do TCC, que são: pesquisa quanto a demanda; fabricantes atuantes no mercado; definição da metodologia de desenvolvimento. A entrega da terceira etapa consiste nas atividades de desenvolvimento do produto. A primeira etapa do desenvolvimento é a definição dos requisitos de projeto, que são baseadas nas atividades de: pesquisa de mercado; necessidades do cliente; elaboração da casa da qualidade. A síntese é a segunda parte do desenvolvimento do projeto, e suas atividades são: concepção; análise; otimização. E para finalizar as atividades para a entrega da terceira etapa do TCC, as peças do elevador são dimensionadas. Para a entrega da última etapa, as atividades a realizadas são: modelamento das peças do elevador; cálculo estrutural; conclusão do projeto Cronograma do trabalho Segundo VALERIANO (1998), a seqüência dos trabalhos destinados à obtenção do cronograma consiste em: levantar ou avaliar as durações das tarefas dos blocos da EDT; relacionar umas às outras, consideradas as precedências e condicionantes existentes, isto é, obter um diagrama ou rede de precedência;

54 41 montar um cronograma para amarrar ao calendário o diagrama de precedência das tarefas do projeto. Com as tarefas obtidas da EDT e suas respectivas durações, agora deve-se empreender a montagem dessas tarefas em uma seqüência temporal, de maneira racional, exeqüível e eficiente, de forma a dispô-las na melhor ordem para o projeto. O cronograma deste trabalho é feito no software Project, da Microsoft. As atividades definidas no EDT são descritas na primeira coluna do cronograma, como se pode observar no Apêndice 1. A duração de cada atividade é indicada na segunda coluna e as datas de início de término, na terceira e quarta coluna respectivamente. Este mesmo programa gera automaticamente o gráfico de Gannt, um indicativo, através de barras, de cada atividade apresentada em um calendário, como observado também no Apêndice 1. Neste cronograma vê-se a data de início do projeto, dia 28 de maio de 2007, com término previsto em 11 de dezembro de 2007, dia da entrega da versão final do TCC. A rede de precedência das atividades é demonstrada através de setas, ligando o fim de uma atividade ao início da próxima. 4.2 PESQUISA DAS SOLUÇÕES EXISTENTES Após o levantamento preliminar dos fabricantes atuantes no mercado nacional e internacional, e das diversas opções de concepção do equipamento, gerou-se uma tabela para comparar as soluções e especificações existentes no mercado. A Tabela 4 tem como objetivo auxiliar na definição das especificações do projeto, TABELA 4 - SOLUÇÕES EXISTENTES POR FABRICANTE Freedom Liko Sunrise Medical Grahamfield Invicare Fabricantes (Stand-Up) (Viking M) (HML 400) (LF 1030) (RHA450-1) Altura (m) 1,45 1,44 1,041 1,0 1,27 Comprimento (m) 1,17 1,23 1,104 1,15 1,22 Curso (m) 0,87 1,27 0,94 0,69 0,99 Peso (kg) ,5 35,4 34,7 Rodas 4 x2 3 Não Informado Não Informado 5 Capacidade (kg) Tipo de Acionamento Elétrico Elétrico Hidráulico Hidráulico Hidráulico FONTE: OS AUTORES, 2007

55 PESQUISA MERCADOLÓGICA Como já descrito anteriormente, o equipamento auxilia na elevação e transporte de pessoas incapacitadas de locomoção. Por esta característica, o equipamento é utilizado principalmente por pessoas que trabalham em hospitais ou clínicas fisioterápicas, e por pessoas que cuidam de deficientes e idosos em seus próprios lares, chamados de home care. A fim de levantar qual a real necessidade de um equipamento destinado à elevação de pessoas, bem como as expectativas perante o produto, um questionário foi elaborado (Apêndice 2) para entrevistar profissionais da área da saúde e pessoas que convivem diariamente com este tipo de problema. Foram entrevistadas 31 pessoas, dos quais: 3 médicos; 4 enfermeiros; 6 técnicos e auxiliares de enfermagem; 7 fisioterapeutas e; 11 familiares de pessoas que necessitam de auxilio para locomoção Resultado da pesquisa A primeira questão determina qual a real necessidade de um equipamento com esta função. Para 55% dos profissionais que trabalham em ambiente hospitalar e fisioterápico, a necessidade deste equipamento como auxilio ao trabalho é alta. Já para 40% destes profissionais, sua utilização é de média demanda, e para 5% destes entrevistados, há pouca utilização. Para a função de home care, 100% das pessoas indicam uma alta necessidade de um equipamento com estas características. Isto é explicado ao fato de muitas vezes o encarregado de cuidar da pessoa com dificuldade de locomoção estar sozinha em casa, sem outra pessoa para ajudar. A segunda questão é a atribuição das funções do equipamento. Questionase além do movimento de elevação, outra função no equipamento facilitaria a movimentação e transporte de uma pessoa. De todas as pessoas entrevistadas, 93% citam que o movimento de rotação do braço de elevação ajudaria no transporte

56 43 de uma pessoa. Também sugeriu-se que o equipamento tenha uma função de mudança de decúbito, que é mudança de posição do paciente, feita de duas em duas horas. A questão três investiga qual sistema de elevação melhor se adapta a um ambiente hospitalar e fisioterápico, e a um ambiente residencial. Os sistemas de elevação sugeridos são hidráulico, elétrico e manual. O sistema hidráulico utiliza uma bomba hidráulica acionada manualmente, que transfere o fluído a um cilindro. A bomba pressuriza o fluído, gerando uma força no êmbolo do cilindro que eleva o braço articulado. O sistema elétrico utiliza um motor elétrico com fuso que é acionado ao toque de um botão. Porém este sistema deve conter uma bateria ou ser permanentemente conectado a uma fonte externa de energia elétrica. A concepção do sistema manual é dada por um jogo de engrenagens acionadas manualmente através de uma manivela. Há a necessidade de um esforço relativamente grande para a elevação do braço articulado. Dos trabalhadores em hospitais e clinicas de fisioterapia, 50% tem preferência pelo sistema hidráulico, pois como a utilização do equipamento seria de alta demanda, este sistema não tem o inconveniente de recarregar a bateria, e também é um sistema de mais fácil acionamento que o manual. O resultado desta pesquisa é ilustrado na Figura 12. De todos os usuários do equipamento em ambiente residencial, 55% tem preferência pelo sistema hidráulico (ver Figura 13). FIGURA 12 - PREFERÊNCIA DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO EM AMBIENTE HOSPITALAR E FISIOTERÁPICO 10% 40% 50% hidráulico elétrico manual FONTE: OS AUTORES, 2007

57 44 FIGURA 13 - PREFERÊNCIA DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO PARA AMBIENTE DOMICILIAR 9% 36% 55% hidráulico elétrico manual FONTE: OS AUTORES, 2007 Porém, para o critério de seleção do sistema de elevação é adotado uma matriz de decisão. Com esta ferramenta é possível determinar o sistema ideal para o equipamento, baseado nas vantagens, desvantagens e requisitos do cliente para cada opção de sistema de elevação. As questões de 4 a 7 são questões para definir e conhecer completamente o problema. Nenhuma das pessoas entrevistadas conhece um equipamento que auxilie na movimentação e transporte de pessoas incapacitadas de locomoção. Na questão de número 8, o entrevistado indica um grau de importância para cada requisito do produto citados pelos autores (vide questionário do Apêndice 2), de 1 a 5, sendo 5 um requisito indispensável no projeto e 1, indiferente. Além de atribuírem graus de importância para cada requisito, os entrevistados podem sugerir requisitos que o projeto deve ter. Alguns requisitos foram citados: não virar/balançar: requisito fundamental para a segurança do equipamento; fácil limpeza: pois um equipamento hospitalar necessita ser limpo freqüentemente; ergonomia do paciente: conforme item 1.4.1, neste projeto não será desenvolvido a banda de elevação;

58 45 fácil transporte: caso o equipamento deva ser transportado à outro local onde será utilizado. Todos os requisitos levantados, com seus respectivos graus de importância, são encontrados na Tabela 5. TABELA 5 - GRAU DE IMPORTÂNCIA DOS REQUISITOS SEGUNDO O CLIENTE Requisitos Valor ao consumidor Segurança 5,0 Design 2,3 Fácil operação 4,5 Baixa manutenção 3,8 Custo Acessível 3,5 Custo de manutenção 3,5 Durabilidade 3,9 Baixo peso do produto 4,0 Versatilidade 3,9 Baixo custo operacional 3,5 Ergonomia do operador 4,6 Confiabilidade 4,5 Facilidade de limpeza 4,2 Estabilidade 5,0 Fácil transporte 4,0 FONTE: OS AUTORES, 2007 Ao total são relacionados 15 requisitos do cliente. Dentre eles destacamos os requisitos de segurança e estabilidade que receberam máxima pontuação. Os requisitos do cliente são as qualidades que o consumidor deseja no produto, e que serão utilizados na ferramenta de desdobramento da função qualidade. 4.4 DESDOBRAMENTO DA FUNÇÃO QUALIDADE Como já descrito no capítulo 3.3, esta é uma ferramenta para traduzir as necessidades do cliente em requisitos técnicos do produto. Para VALERIANO (1998), primeiramente define-se os requisitos do cliente, isto é, o que o cliente quer e qual a importância que ele confere a cada um de seus requisitos. Após este levantamento, devem-se estabelecer os requisitos ou características técnicas do produto, ou seja, como os requisitos do cliente deverão ser atendidos, devendo haver pelo menos um requisito técnico para cada requisito do cliente.

59 Requisitos do cliente Os requisitos do cliente são suas necessidades, vontades e desejos, isto é, o que o cliente quer e espera do produto. Estes requisitos foram levantados a partir da pesquisa mercadológica, descrita no item 4.3. A seguir são relacionados as características desejadas para um elevador de pessoas com dificuldade de locomoção. Baixo peso do produto: o produto não deve ser muito pesado para facilitar no transporte da pessoa. Segurança: por se tratar de um equipamento que carrega humanos, este item tem prioridade máxima. Confiabilidade: desempenhar integralmente sua função e não permitir que possíveis falhas comprometam a segurança do usuário. Estabilidade: item diretamente relacionado ao item segurança do produto. Baixa manutenção: o cliente deseja que o equipamento seja durável, e que necessite pouca manutenção. Design: aparência agradável. Fácil transporte: é desejável levar o equipamento de um lugar para outro. Custo acessível: produto de qualidade pelo menor preço possível. Desejável que seja acessível para todas as classes sociais. Fácil operação: baixa complexidade de operação para a realização da tarefa. Ergonomia do operador: facilitar a utilização do equipamento e evitar lesões ao operador. Baixo custo operacional: o cliente deseja gastar o mínimo possível para utilizar o equipamento. Versatilidade: transportar as pessoas em vários ambientes de diversas condições, sem necessidade de muito trabalho. Durabilidade: o equipamento deve operar de forma eficiente no maior tempo possível.

60 47 Facilidade de limpeza: aplicado às condições de trabalho de um hospital, este deve ser constantemente limpo pelos funcinários. Atender a norma ABNT NBR 9050:2004: o equipamento deve transportar e movimentar pessoas situadas em ambientes e equipamentos padronizados nesta norma. Para cada requisito, o cliente definiu seu grau de importância, em uma escala de 0 a 5, como já explicado no item Para efeito de análise na casa da qualidade, as médias dos graus de importância de cada requisito (ver Tabela 5) são multiplicadas por 10 e indicadas na coluna Valor do Consumidor da casa da qualidade da Figura Requisitos do produto Aqui são definidos como os requisitos dos clientes que serão atendidos. Deve ser apresentado pelo menos uma opção de como o desejo do cliente será atendido em cada requisito desejado por ele. Baixo peso do produto: neste requisito, a menor densidade do material utilizado na construção do equipamento tem forte influência para atender o cliente. Segurança: para atender este requisito, o sistema de elevação deve ser seguro. Para a segurança do paciente, a velocidade de elevação e descida devem ser estudados. Confiabilidade: neste caso, novamente o sistema de elevação deve ser confiável e também a rigidez estrutural trará uma maior confiabilidade ao produto. Estabilidade: neste caso, o dimensionamento do equipamento é fundamental. Baixa manutenção: o tempo de disponibilidade do produto deve ser o maior possível. Design: este é um requisito de satisfação visual do produto. Fácil transporte: para facilitar o transporte, o dimensionamento e o peso do equipamento devem ser observados.

61 48 Custo acessível: o custo de produção e de matéria prima influenciam diretamente no custo total do produto. Fácil operação: os comandos do equipamento devem ser de fácil utilização. Um manual de utilização deve ser desenvolvido para explicar os comandos do equipamento. Ergonomia do operador: neste caso, o dimensionamento do equipamento deve ser feito de modo a atender a melhor ergonomia para o operador. Baixo custo operacional: o consumo de energia do sistema de elevação, bem como sua eficiência, impactam diretamente neste requisito. Versatilidade: o equipamento deve atender uma capacidade de carga relativamente alta e sua área de atuação e curso de trabalho devem ser abrangentes. Durabilidade: o tempo médio entre falhas deve ser o maior possível. Conforto de utilização: para a utilização mais confortável do equipamento, o esforço para acioná-lo deve ser reduzido. Facilidade de limpeza: as formas e dimensionamento das peças devem ser consideradas. Atender a norma ABNT NBR 9050:2004: o dimensionamento do equipamento deve ser feito a fim de circular e transportar pessoas em equipamentos e ambientes padronizados nesta norma Casa da Qualidade Para definir quais requisitos do produto são mais importantes para satisfazer o requisito do cliente, é utilizado a ferramenta da Casa da Qualidade. Isto é feito através de uma pontuação, avaliando o grau de relacionamento entre os dois, conforme se considere cada relacionamento forte, médio, fraco ou inexistente. A determinação da pontuação é dada através da somatória do valor do grau de relacionamento entre necessidades do consumidor e requisitos de qualidade do produto, multiplicado pelo valor do consumidor, onde: grau de relacionamento forte = 5; grau de relacionamento médio = 4;

62 49 grau de relacionamento fraco = 1; valor do consumidor: definido pelo próprio cliente, conforme Tabela 5. Para relacionar os requisitos, faz-se uma matriz de relacionamento formada pelas linhas das necessidades do consumidor com as colunas dos requisitos de qualidade do produto. Para a definição do grau de relacionamento entre os requisitos, são utilizados símbolos que preenchem o cruzamento entre o requisito do cliente e o requisito do produto. Os símbolos adotados para o grau de relacionamento, bem como a matriz de relacionamento são encontrados na Figura 14. Após todos os requisitos do cliente e do produto serem lançados na casa da qualidade, e todos os graus de relacionamentos indicados, obtém-se a ordem de importância dos requisitos de qualidade do produto a fim de atender os requisitos do cliente, como ilustrado na Figura 14. Os cinco primeiros requisitos a terem um maior grau de atenção são: primeiro: sistema de elevação; segundo: custo total do equipamento; terceiro: área de atuação; quarto: dimensionamento; e quinto: curso de trabalho. O próximo passo para a elaboração da casa da qualidade é a correlação entre as características técnicas do produto e atribuir símbolos e valores para cada par, conforme os graus de correlação: fortemente positivo = 5; positivo = 1 negativo = -1 fortemente negativo = -5. Esses símbolos ocupam as casas de interseção das faixas que emanam dos dois requisitos em causa, no triângulo que forma a matriz de correlação (telhado da casa), como pode ser visto na Figura 14. A classificação dos requisitos de qualidade do produto, utilizando o critério com o telhado, é dada através da somatória da correlação entre eles. A matriz de

63 50 correlação permite visualizar os diversos graus de ajustagem bem como a ocorrência de conflitos entre os requisitos técnicos. Por exemplo, observa-se na Figura 14 que o requisito de qualidade Resistência à Corrosão, de acordo com a classificação do critério com telhado, está na décima nona posição. Isto significa que este requisito impacta negativamente em outros requisitos de qualidade do produto, como custo total do produto. Neste caso, devem-se tomar as medidas adequadas, de forma a melhorar esses graus de correlação, suprindo ou modificando o requisito. FIGURA 14 - CASA DA QUALIDADE FONTE: OS AUTORES, 2007.

64 SÍNTESE Seguindo a metodologia escolhida, esta é a fase de concepção e invenção. É nesta etapa que se busca a geração de um maior número de soluções possíveis, geralmente sem considerar seu valor ou qualidade. Após a definição do problema e objetivo do trabalho, pesquisas de equipamentos já existentes no mercado e suas características e, levantamento dos requisitos relevantes do projeto para atender as necessidades do cliente, inicia-se a fase de concepção do produto Brainstorming O brainstorming foi a primeira atividade realizada para a concepção da resolução do problema. Dois dias antes da reunião do brainstorming apresentou-se o problema a um grupo de seis pessoas, para que estas pensassem sobre o tema e gerassem idéias. No dia do encontro, durante um período de aproximadamente 40 minutos, todas as idéias foram listadas sem qualquer tipo de julgamento. Após a listagem de todas as idéias, as três pessoas do desenvolvimento deste projeto se reuniram para avaliação das idéias geradas. Algumas foram eliminadas, baseadas nos requisitos do projeto, e outras combinadas. Todo o desenvolvimento do brainstorming pode ser visto no Apêndice 3. Uma das idéias é desenvolver um sistema para transportar uma pessoa de um local para outro, dentro de um raio determinado pelo braço, sem a necessidade de manobra do equipamento. O sistema de movimento é acoplado ao mastro, com eixo rebaixado no diâmetro, que irá transmitir a rotação do mastro para os apoios adicionais localizados na parte inferior do equipamento. Este sistema é um diferencial dos equipamentos já existentes pesquisados, e que atuaria diretamente no requisito de área de atuação, no requisito de projeto, e conseqüentemente no requisito de versatilidade, no requisito do cliente. Baseado nesta idéia gerou-se o primeiro esboço do projeto, mostrado na Figura 15 e Figura 16.

65 52 FIGURA 15 - PRIMEIRO ESBOÇO DO PROJETO FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 16 - IMAGEM 3D DO PRIMEIRO ESBOÇO FONTE: OS AUTORES, ANÁLISE E OTIMIZAÇÃO Após a primeira concepção do produto, é realizada uma análise levando-se em consideração todas as condições de uso do equipamento.

66 53 Em reunião com a equipe, os apoios auxiliares para o sistema de transferência da pessoa é discutido. Observa-se que o eixo que transmite o movimento de rotação do braço para os apoios auxiliares impede o posicionamento de uma cadeira de rodas entre sua base. Isto dificulta a elevação e/ou assentamento da pessoa que utiliza a cadeira de rodas. Outro problema identificado nesse sistema de transferência é que ao posicionar o elevador ao lado de uma cadeira de rodas, não seria possível exercer a função de transferência desenvolvida. Ao rotacionar o braço principal, os apoios auxiliares seriam impedidos de moverem-se por causa da interferência com a cadeira de rodas. Com esses problemas identificados, definiu-se que um novo sistema de apoios auxiliares deveria ser desenvolvido. Após outro brainstorm um novo conceito para este sistema foi desenvolvido. Neste sistema, os apoios auxiliares estão posicionados de forma transversal ao equipamento, e seu movimento ocorre de forma linear. Com este sistema, posicionando-se o equipamento paralelamente à cadeira de rodas, ao rotacionar o braço principal, os apoios auxiliares avançariam por trás da cadeira, sem ocorrer interferência entre elas. Esta nova concepção pode ser vista na Figura 17 e Figura 18. FIGURA 17 - SEGUNDA CONCEPÇÃO DO PROJETO Apoio auxiliar FONTE: OS AUTORES, 2007

67 54 FIGURA 18 - SEGUNDA CONCEPÇÃO APOIOS AUXILIARES Apoio auxiliar FONTE: OS AUTORES, MATERIAL SELECIONADO A matriz de decisão é a ferramenta selecionada para a escolha do material a ser utilizado na construção do elevador. Tomando-se como base os requisitos do projeto para a satisfação do cliente, selecionaram-se as principais características dos materiais que atendem estes requisitos, e a eles foram atribuídos pesos de decisão. O peso de decisão mostra qual a importância da característica do material na hora da seleção, e varia de um a três, sendo o valor um, um requisito não muito importante e o valor três, um requisito importante de projeto. Os requisitos e seus respectivos pesos são: preço: custo da matéria prima que impacta diretamente no custo total do equipamento. Como este é um requisito importante no projeto, atribui-se peso 3; densidade: influência no peso do produto. Como este requisito não foi considerado tão importante, atribui-se peso 1; rigidez: como este requisito ficou em uma posição intermediária na casa da qualidade, peso 1; resistência mecânica: esta característica do material relaciona-se com a segurança do equipamento portanto, peso 3;

68 55 padronização: quando existe uma padronização do material para compra, o custo de produção diminui. Peso 3; resistência à corrosão: sua colocação na casa da qualidade é a oitava, por isso, peso 2; facilidade de fabricação: impacta diretamente no custo de fabricação, peso 3; disponibilidade: quanto maior a disponibilidade, menor o preço de aquisição, peso 3. Os materiais candidatos foram escolhidos por apresentarem alguma característica determinante que atenda as características descritas. São eles: aço SAE 1020; aço SAE 1045; aço SAE 4340; alumínio; liga de alumínio; titânio. Como na casa da qualidade, faz-se uma matriz de relacionamento entre os requisitos e os materiais propostos. Atribuiu-se um grau de relacionamento de um a cinco, conforme descrito na Tabela 6. TABELA 6 - GRAU DE RELACIONAMENTO Relacionamento Grau de relacionamento Atende totalmente 5 Atende parcialmente 4 Atende 3 Atende com reservas 2 Não atende 1 FONTE: OS AUTORES, 2007 Cada valor do grau de relacionamento é multiplicado pelo peso de decisão do requisito em questão. No final, todos esses valores são somados, atribuindo um resultado total de cada material. O material que tiver o maior valor total é selecionado para a construção do equipamento. No caso deste trabalho, o resultado da matriz de decisão indica que o aço 1020 apresenta o melhor custo benefício para a aplicação no projeto do elevador. O desenvolvimento da matriz de decisão é ilustrada na Tabela 7.

69 TABELA 7 - MATRIZ DE DECISÃO DO MATERIAL Preço Densidade Rigidez Resistência Mecânica Padronização Resistência à Corrosão Facilidade de Fabricação Disponibilidade Peso da decisão Material Aço SAE Aço SAE Aço SAE Aço Inox Alumínio Liga de Alumínio Titânio FONTE: OS AUTORES, 2007 Total TABELA 8 - MATRIZ DE DECISÃO DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO Preço Peso Segurança Velocidade de Elevação Custo de Manutenção Facilidade de Operação Versatilidade Disponibilidade Peso da decisão Tipos de acionamentos Motor e Fuso Pneumático Motor Redutor Motor Correias/Correntes Acionamento Hidráulico Manivela e Cabos FONTE: OS AUTORES, 2007 Total 56

70 SISTEMA DE ELEVAÇÃO Do mesmo modo que é selecionado o material, a ferramenta da matriz de decisão é utilizada para selecionar qual sistema de elevação é considerado o melhor custo benefício. As características do sistema de elevação que devem ser consideradas para a utilização neste produto são: preço: o sistema não deve ter um custo muito alto para viabilizar o projeto economicamente, peso 3; peso: do mesmo modo que descrito na escolha do material, o peso não é um dos requisitos mais importantes, por tanto, peso 1; segurança: por ser um equipamento que possui contato diretamente com as pessoas, este quesito tem peso 3. velocidade de elevação: este requisito ficou em décimo sétimo na casa da qualidade. Peso 1 é adequado para esta característica; custo de manutenção: como o requisito de manutenção foi considerado um dos prioritários, este tem peso 3; facilidade de operação: este é um requisito intermediário, peso 2; versatilidade: no mesmo sistema executar a elevação do paciente e acionar os apoios auxiliares, peso 2; disponibilidade: o equipamento de elevação deve ser facilmente encontrado no mercado para diminuir o custo total do produto bem como custo de manutenção. Peso 3. Os candidatos são os atuadores mais facilmente encontrados no mercado, que são: motor e fuso; atuador pneumático; motor redutor; motor de correia/corrente; atuador hidráulico; atuador de manivela e cabo.

71 58 Adotando-se os graus de relacionamento entre os sistemas candidatos e os requisitos do sistema de elevação os mesmos da Tabela 6, obtemos que o sistema de acionamento hidráulico é o mais indicado para esta situação. A matriz de decisão para o sistema de elevação é encontrada na Tabela DIMENSIONAMENTO DO ELEVADOR Estudo da norma ABNT NBR 9050 Como já foi descrito no objetivo do trabalho, e a fim de atender os requisitos do cliente, a base para o dimensionamento do produto são as especificações da norma brasileira ABNT NBR 9050 (2004). O equipamento é dimensionado de tal forma que possa exercer sua função de forma adequada em ambientes cuja disposição e dimensão dos móveis, bem como sua estrutura (portas, rampas, etc.) estejam dentro dos padrões desta norma. Para isto, uma pesquisa inicial da norma é realizada para conhecer as condições de utilização do equipamento. Os capítulos desta norma que interessam a esse projeto encontram-se no Anexo 1. No capítulo da norma sobre parâmetros antropométricos é normalizado que uma cadeira de rodas deve medir no máximo 0,70 metros de largura e 0,925 metros de altura. O assento deve ficar a no máximo 0,53 metros de altura. A Figura 19 indica todas as dimensões padronizadas pela NBR 9050 (2004). FIGURA 19 - DIMENSÃO CADEIRA DE RODAS FONTE: NBR 9050, 2004

72 59 A especificação de área para circulação de pessoas em cadeira de rodas também é determinada pela norma ABNT NBR 9050:2004. Segundo esta norma, a área para manobra de cadeira de rodas sem deslocamento, conforme Figura 20, são: para rotação de 90º: 1,20 m x 1,20 m; para rotação de 180º: 1,50 m x 1,20 m; para rotação de 360º: diâmetro de 1,50 m. FIGURA 20 - ÁREA PARA MANOBRA SEM DESLOCAMENTO FONTE: NBR 9050, 2004 A largura da porta deve ser de 0,80 m, segundo a NBR 9050:2004, que também determina espaços necessários junto à porta, conforme Figura 21. FIGURA 21 - APROXIMAÇÃO DE PORTA FRONTAL FONTE: NBR 9050, 2004 A norma também estipula altura da bacia sanitária, que deve ser entre 0,43 e 0,45 metros do piso acabado, medidas a partir da borda superior, sem o assento. Com o assento, essa altura deve ser de no máximo 0,46 m, conforme FIGURA.

73 60 FIGURA 22 - ADEQUAÇÃO DE ALTURA DA BACIA SANITÁRIA FONTE: NBR 9050, 2004 A NBR 9050 define que para uma banheira deve ser prevista área de transferência lateral, de forma a permitir aproximação paralela à banheira, devendo estender-se 0,30 m mínimo além da parede da cabeceira. Todas as dimensões são mostradas na Figura 23. Observa-se que quando uma pessoa está dentro da banheira, ela está praticamente ao nível do chão. FIGURA 23 - DIMENSÕES DE BANHEIRA FONTE: NBR 9050, 2004 A norma não define dimensões para cama, contudo, em uma pesquisa em vários fabricantes de cama hospitalar, a maior altura encontrada para uma cama é de 0,80 metros.

74 61 A norma também especifica dimensões máximas e mínimas para alcance manual frontal para uma pessoa em pé, como mostrado na Figura 24. O significado de cada distância é dado pela Tabela 9. FIGURA 24 - DIMENSÕES REFERENCIAIS PARA ALCANCE MANUAL FRONTAL - PESSOA EM PÉ FONTE: NBR 9050, 2004 TABELA 9 - DIMENSÕES REFERENCIAIS PARA ALCANCE MANUAL A1 Altura do centro da mão estendida ao longo do eixo longitudinal do corpo B1 Altura do piso até o centro da mão com antebraço formando ângulo de 45º com o tronco C1 Altura do centro da mão com antebraço em ângulo de 90º com o tronco D1 Altura do centro da mão com braço estendido paralelamente ao piso E1 Altura do centro da mão com o braço estendido formando 45º com o piso (alcance máximo confortável) F1 Comprimento do antebraço (do centro do cotovelo ao centro da mão) G1 Comprimento do braço na horizontal, do ombro ao centro da mão FONTE: NBR 9050, Estudo ergonômico Como este equipamento é desenvolvido para ser um instrumento de trabalho para muitos profissionais, este deve ser dimensionado de forma que o operador sinta-se confortável ao utilizá-lo. Por este motivo, e também atendendo-se ao requisito do cliente, que considerou-se este fator muito importante, um estudo ergonômico é realizado para que às dimensões sejam ergonomicamente corretas. Segundo WOODSON (1992) um controle deve ser escolhido como se fosse uma extensão do membro do operador. Deve ser operável em termos de

75 62 movimentos naturais do braço, dedo, punho, perna, tornozelo ou pé, e não deve requerer posições desajeitadas e não naturais por parte do operador. FIGURA 25 - POSIÇÃO ERGONÔMICA DE ALCANCE FRONTAL FONTE: WOODSON, 1992 WOODSON (1992) sugere que para um controle que exija uma média força de aplicação, como no caso do acionamento hidráulico do sistema de elevação, uma alavanca (braço de extensão) seja utilizada. Para o desenho da empunhadeira, TILLEY & ASSOCIATES (2005) sugerem que esta deve ser de forma redonda e cilíndrica, e um diâmetro ideal está na faixa de 22 a 32 mm. Se forem muito largas, darão insegurança. TABELA 10- POSIÇÃO ERGONÔMICA DE ALCANCE FRONTAL Posição Descrição Dimensão [mm] A Profundidade do alcance 445 a 641 B Largura da abertura 371 a 514 C Chão até topo da abertura 1292 a 1690 D Chão até fundo da abertura 1101 a 1468 E Dimensão vertical da abertura 425 FONTE: WOODSON, 1992

76 63 O dimensionamento do guiador de empurro é baseado no modelo proposto por WOODSON (1992), apresentado na Figura 25, que mostra uma posição de trabalho em pé com alcance frontal utilizando-se as mão. As dimensões estão na Tabela Dimensões do elevador Após o estudo da norma, pode-se considerar que a menor altura que uma pessoa pode ficar é a altura da banheira, ou seja, praticamente ao nível do piso, e a maior altura a ser transportada é a da cama, portanto o curso de trabalho que o elevador deve atender é de 0,80 metro. A altura do equipamento, do piso até a articulação do braço de elevação, é de 1,525 metro. A altura mínima que a ponta do braço de elevação é posicionada é de 1,1 metro, e somando 0,80 metro de curso, sua altura máxima é de 1,90 metro. Estas dimensões são mostradas na Figura 26. FIGURA 26 - DIMENSÕES DE ALTURA E CURSO DE TRABALHO FONTE: OS AUTORES, 2007 O comprimento do braço de elevação é de 1 metro e o ponto de fixação da haste do sistema de elevação fica a 0,30 metro da articulação, conforme mostrado

77 64 na Figura 30. Esta é uma distância segura para que a pessoa que é elevada não corra o perigo de colidir com o sistema de elevação. FIGURA 27 EMPURRADOR FONTE: OS AUTORES, 2007 O empurrador será na forma de um retângulo, a fim de atender uma posição ergonomicamente correta para pessoas de várias alturas. Sua dimensão é de 318 milímetros de altura por 380 milímetros de largura, como representado na Figura 27. A altura do guiador ficará entre 1127,5 e 1445,5 milímetros, como demonstrado na Figura 28. Assim, tanto a altura quanto a largura do guiador estão dentro da faixa sugerida por WOODSON (1992). A altura também está dentro do especificado pela norma NBR Para a confecção deste será utilizado um tubo de 31 milímetros de diâmetro, que também está ergonomicamente correto segundo TILLEY & ASSOCIATES (2005). Uma haste que facilita a movimentação do equipamento, quando o operador deseja puxá-lo, sem posicionar-se de costas para o caminho a percorrer, está incluída no projeto. A haste é articulada para posicioná-la à altura de maior conforto do operador. O diâmetro também será de 31 milímetros com 0,82 metro de comprimento. Suas dimensões estão representadas na Figura 29.

78 65 FIGURA 28 - POSIÇÃO DO GUIADOR FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 29 - PUXADOR FONTE: OS AUTORES, 2007

79 66 FIGURA 30 - DIMENSÕES BRAÇO DE ELEVAÇÃO FONTE: OS AUTORES, 2007 Apesar da norma solicitar largura de porta de 0,80 metro, a maioria das construções anteriores à norma de 2004 possuem porta de 0,70 metro. Como um dos objetivos do projeto é que este equipamento seja utilizado em ambientes residenciais, a largura projetada para o equipamento é de 0,67 metro. O comprimento total dos braços inferiores é de 1,20 metro (ver Figura 31). Os apoios auxiliares posicionam-se na transversal do elevador e, ao serem acionados, avançam 444 milímetros, dando sustentação suficiente para que o elevador não vire ao rotacionar o mastro e braço de elevação. A extremidade livre do braço de elevação, ao ser rotacionada, não ultrapassa a distância de 444 milímetros propiciadas pelo apoio auxiliar, conforme ilustrado na Figura 31. Para limitar este movimento de rotação, um sistema com um pino acoplado ao distribuidor e um batente na tampa do distribuidor hidráulico foi desenvolvido e é ilustrado na Figura 32. Para fixar o mastro à base, um eixo (eixo principal) acoplado ao mastro atravessa o tubo transversal da base e o sistema de apoio auxiliar. Na extremidade deste eixo há uma rosca M16, e o mastro é fixado através de aplicação de torque

80 67 em uma porca na extremidade deste eixo. Os detalhes desta fixação é apresentada na Figura 32. FIGURA 31 - DIMENSÃO DA LARGURA, BASE E APOIO AUXILIARES FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 32 FIXAÇÃO E LIMITAÇÃO DE ROTAÇÃO DO MASTRO FONTE: OS AUTORES, 2007

81 SISTEMA HIDRÁULICO No processo de elevação, a bomba hidráulica é responsável pela transferência do fluído hidráulico para o cilindro de elevação. No entanto, devido à colocação de um verificador de pressão, o fluído é transferido primeiramente para um reservatório auxiliar que, quando cheio, aumenta a pressão na linha e libera a passagem do fluído para o cilindro de elevação. FIGURA 33 - CIRCUITO HIDRÁULICO Cilindro de elevação Cilindro lateral (direita) Reservatório auxiliar Linha de pressão Distribuidor Bomba hidráulica Linha de retorno Reguladores de vazão Cilindro lateral (esquerda) FONTE: OS AUTORES, 2007 Após a elevação do cilindro, quando o mastro é então rotacionado a fim de posicionar o paciente em um ambiente localizado na lateral do equipamento, a linha do circuito hidráulico atinge o ponto localizado no distribuidor que permite a passagem do fluído para o cilindro lateral (esquerdo ou direito). Neste caso, o reservatório auxiliar é responsável pela transferência do fluído para o cilindro lateral,

82 69 proporcionando a abertura do apoio. Para que o braço de elevação não desça neste momento, o verificado de pressão impede que o fluido retorne do cilindro. Após o posicionamento, o operador deverá abrir o regulador de vazão para que o fluido do cilindro retorne pela força peso no braço de elevação, possibilitado assim a descida do mesmo. É necessária a abertura de outro regulador de vazão para que fluido e o cilindro do apoio auxiliar retorne, através da ação de uma mola. Em caso de elevação com o braço rotacionado, o fluído será transferido diretamente da bomba para o cilindro lateral, pois a passagem pelo distribuidor neste caso estará livre. Somente após a abertura total do cilindro lateral e o enchimento do reservatório auxiliar ocorrerá a elevação do braço. Ao retornar o braço de elevação ao centro, o operador deverá abrir a válvula do retorno do apoio auxiliar, liberando assim a linha de retorno do cilindro lateral. Todo o circuito hidráulico está representado na Figura DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA HIDRÁULICO Tanto a bomba hidráulica quanto o cilindro de elevação não são desenvolvidos neste projeto. Estas duas peças são obtidas de fornecedores. Porém, para a correta escolha da bomba hidráulica e do cilindro de elevação, é necessário dimensionar a carga resultante sobre este sistema, e qual o curso do cilindro para resultar 0,80 m de curso na extremidade do braço de elevação. Para o dimensionamento da bomba hidráulica e do cilindro hidráulico é adotada a seguinte metodologia de cálculo: comprimento do braço superior: 1,0m; peso localizado na ponta do braço: 200 kg; ângulo de inclinação do cilindro hidráulico em relação a força peso na mínima posição do braço de elevação: 16,2º; distância entre ponto de atuação do cilindro e articulação do braço: 0,30m; somatória dos momentos na articulação entre o braço de elevação e o mastro é igual a zero, dado pela equação (10).

83 70 M B = 200kg *1,0m + Pc *0,3 = 0, (10) 666,6 Pc = = 694kg. cos16,2º (11) O peso no cilindro ( Pc ) do sistema de elevação, gerada pela carga é de 694 kg, como demonstrado na equação (11). Aplicando-se o coeficiente de segurança 2, consideramos que a carga gerada no sistema de elevação, e que deve ser atendida pela bomba hidráulica, é: Pc = 694 * 2 = 1388Kg. (12) Para o dimensionamento do curso do cilindro adotamos a seguinte metodologia de cálculo: curso total na ponta do braço de 1,0m de comprimento: 0,8m; distância entre ponto de atuação do cilindro e articulação do braço: 0,30m. Adotando-se a semelhança de triângulos conforme equação (13), calcula-se que o curso do cilindro deve ser de 250 mm para atender aos 800 mm de curso na extremidade que o paciente será levantado, isto é: (300mm) *800mm Curso Vertical = = 240mm, 1000mm 240mm Curso Cilindro = = 250mm. cos 60º (13) O volume de óleo necessário no sistema para elevar o braço de elevação a 246,0 mm, e considerando-se o diâmetro interno do cilindro de 25,0 mm, é de 0,120 litros, como demonstrado na equação (14). 2 π * 25 mm Volume = 250mm * = 0, 122litros. (14) 4

84 71 Os apoios auxiliares serão acionados pelo mesmo sistema hidráulico de elevação. Portanto, ao volume total de óleo no sistema deve-se adicionar 0,125 litro, considerando o diâmetro interno do cilindro do apoio auxiliar de 19,0 mm e um curso de 443,9 mm (equação (15)). 2 π *19 mm Volume = 443,9mm * = 0, 125litro. (15) 4 Também devemos considerar o volume de óleo necessário no reservatório auxiliar, que é igual ao cilindro de apoio auxiliar. Portanto: Volume Total = 0,122litro + 0,125litro + 0,125 litro = 0, 372litro. (16) 4.12 COMPONENTES DO ELEVADOR A seguir são listados todos os componentes que compõe o elevador e suas respectivas funções. 01- Braço articulado: Fabricado com estrutura tubular de 50x50 mm e 2 mm de espessura, em aço 1020, tem a função de transmitir o movimento do cilindro hidráulico para a elevação da carga. 02- Suporte de fixação: Fabricado em aço 1020, tem a função de conectar o braço articulado ao suporte onde as bandas de elevação são acopladas. 03- Mastro: Fabricado com estrutura tubular de 50x50 mm e 2 mm de espessura, em aço 1020, tem a função de suportar o carregamento exercido pelo cilindro hidráulico. 04- Empurrador: Fabricado em estrutura tubular de aço 1020, com diâmetro de 31 mm, tem a função de melhorar a empunhadura do operador em movimentos no sentido frontal do equipamento e movimentos de rotação. 05- Cilindro hidráulico: Tem a função de elevação da carga.

85 Bomba hidráulica: Tem a função de transferir o fluído hidráulico para o cilindro, possibilitando assim sua movimentação. A bomba hidráulica utilizada é o modelo P-142, fornecida pela Enerpac. Esta bomba hidráulica, segundo ENERPAC (2007), possui as seguintes características: projeto leve e compacto; operação de duas velocidades que reduz até 78% de bombadas em relação às bombas de uma velocidade; pouco esforço na alavanca para reduzir a fadiga do operador; alavanca de fibra de vidro não condutora para maior segurança do operador; válvula de alívio de pressão interna para proteção contra sobrecarga. 07- Fixador do cilindro hidráulico: Fabricado em aço 1020, tem a função de conectar o cilindro hidráulico ao braço articulado, braço vertical e haste do puxador; 08- Bucha para articulação: Fabricada em UHMW, tem a função de conectar as articulações, evitando-se assim o contado entre os tubos de aço, reduzindo ruído e facilitando a movimentação. 09- Eixo principal: Fabricado em aço 1045, tem a função de conectar o mastro a base do equipamento. 10- Puxador: Fabricado em estrutura tubular de aço 1020, com diâmetro de 31 mm, revestido em borracha, tem a função de melhorar a empunhadura do operador em movimentos no sentido de recuo do equipamento. 11- Distribuidor hidráulico: Fabricado em aço 1020, tem a função de liberar o fluído hidráulico para o acionamento dos cilindros de apoio lateral, quando o mastro é rotacionado. 12- Tubo 100x50mm Fabricado em aço 1020 com parede de 3 mm, tem a função de conectar os tubos da base ao distribuidor hidráulico e ao eixo principal. 13- Tubo base 50x50 mm:

86 73 Fabricado em aço 1020 com parede de 2 mm, tem a função de conectar as rodas e assim suportar e equilibrar o conjunto. 14- Rodas de poliuretano: Fabricadas em poliuretano, com diâmetro de 75 mm, tem a função de facilitar a movimentação do conjunto. 15- Tubo de apoio lateral: Fabricado com estrutura tubular de 60x40 mm, em aço 1020, tem a função de possibilitar a montagem dos cilindros de apoio auxiliar e conectar os mesmos à base do equipamento. 16- Guia do tubo articulado: Fabricada em UHMW, tem a função de facilitar a movimentação dos tubos articulados e reduzir o ruído da movimentação. 17- Tubo articulado: Fabricado com estrutura tubular de 20x20 mm, em aço 1020, tem a função de alterar o centro de apoio do equipamento. 18- Apoio auxiliar: Fabricado com estrutura tubular de aço 16x16mm, em aço 1020, tem a função de apoiar o equipamento quando o mesmo estiver com o centro de massa deslocado. 19- Cilindro hidráulico lateral: Tem a função de movimentar lateralmente os tubos articulados. 20- Suporte para cilindro horizontal: Fabricados am aço 1020, tem a função de conectar os cilindro ao tubo de apoio lateral. 21- Suporte para cilindro horizontal: Fabricados am aço 1020, tem a função de conectar os cilindro ao tubo de apoio lateral. A lista de componentes é encontrada no Anexo 5 e o desenho técnico de cada componente é encontrado no Anexo 6.

87 ANÁLISE DE MODO E EFEITO DE FALHA (FMEA) Durante o desenvolvimento do elevador a ferramenta FMEA é utilizada para análise do projeto procurando-se identificar todos os possíveis modos potenciais de falha e determinar-se o efeito de cada uma sobre o desempenho do sistema, mediante um raciocínio basicamente dedutivo. Como no escopo deste trabalho está apenas o desenvolvimento do elevador, sem considerar o processo de fabricação do mesmo, é realizado FMEA de sistema somente. A forma de avaliação de FMEA neste trabalho é o preenchimento de uma tabela, como indicado por HELMAN E ANDERY (1995) onde na primeira coluna descreve-se a função do sistema do equipamento. Para esta análise o equipamento foi divido em três sistemas principais: estrutural; hidráulico; apoio auxiliar. Na segunda e terceira colunas descrevem-se quais os possíveis tipos de falham poderiam ocorrer e qual seria o efeito delas no sistema, respectivamente. Na quarta coluna, as possíveis causas das falhas que poderiam ocorrer são identificadas e na quinta, as formas de detecção da falha são descritas. Para a interpretação do FMEA, primeiramente notas de 1 a 10 são atribuídas para os campos de severidade (S), ocorrência (O) e detecção (D), para cada tipo de falha. As notas são atribuídas de acordo com um ranking descrito na Tabela 11 para severidade, Tabela 12 para ocorrência e Tabela 13 para detecção, sugeridas por HELMAN E ANDERY (1995). O valor na coluna RPN, do inglês Risk Priority Number, é o produto entre severidade, ocorrência e detecção. Segundo STAMATIS, O RPN define a prioridade da falha, e potencial de deficiência do sistema. Na última coluna são relacionadas ações recomendadas para a redução da severidade, ocorrência e detecção, e conseqüentemente o RPN. FMEA dos três sistemas podem ser encontrados na Tabela 14, Tabela 15 e Tabela 16.

88 75 TABELA 11 SEVERIDADE DA FALHA Apenas perceptível 1 Pouca importância 2 e 3 Moderadamente grave 4 a 6 Grave 7 e 8 Extremamente grave 9 e 10 FONTE: HELMAN E ANDERY, 1995 TABELA 12 PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DA FALHA Muito remota 1 Muito pequena 2 Pequena 3 Moderada 4, 5, 6 Alta 7, 8 Muito alta 9, 10 FONTE: HELMAN E ANDERY, 1995 TABELA 13 - PROBABILIDADE DE DETECÇÃO Muito alta 1 Alta 2 e 3 Moderada 4 a 6 Pequena 7 e 8 Muito pequena 9 Remota 10 FONTE: HELMAN E ANDERY, 1995

89 TABELA 14 - FMEA SISTEMA ESTRUTURAL Função Tipo de falha Efeito da Falha Causa da Falha Suportar e transportar a carga Deformação Quebra Oxidação Queda do equipamento FONTE: OS AUTORES, 2007 Não elevar a altura necessária Dificuldade no manuseio do equipamento Baixar o usuário em velocidade muito alta Detecção da falha Excesso de carga Visual Mau dimensionamento Simulação computacional Material inadequado 3 81 Excesso de carga Válvula de vazão mal dimensionada Material inadequado S O D RPN Ações Visual 3 90 Queda do usuário Mau dimensionamento Simulação 150 computacional Inoperância do equipamento Quebra de componentes Insatisfação visual Má funcionamento do equipamento Queda do usuário Ruptura de solda Visual Utilização inadequada Inserir etiqueta com aviso de capacidade e indicação no manual Utilização de coeficiente de segurança 2 Análise computacional de elementos finitos Inserir etiqueta com aviso de capacidade e indicação no manual Cálculo da velocidade em função da vazão. Utilização de coeficiente de segurança 2 Análise computacional de elementos finitos Requisitos de solda de qualidade Manual orientando correta utilização Manual orientando correta Manutenção Visual inadequada manutenção Acabamento Definição de acabamento 4 96 inadequado adequado Utilização inadequada Nenhum Manual de instruções Sistema que evita a rotação do Inoperância do apoio Visual mastro quando o apoio auxiliar auxiliar 10 4 estiver inoperante Excesso de deslocamento do braço de elevação Batente 2 80 Batente limitando a rotação do mastro 76

90 TABELA 15 - FMEA SISTEMA HIDRÁULICO Função Tipo de falha Efeito da Falha Causa da Falha Elevar a carga e acionar os apoios auxiliares Vazamento interno Quebra FONTE: OS AUTORES, 2007 Perda de eficiência de elevação Descida indesejada do braço de elevação Inoperância do equipamento Não acionamento dos apoios auxiliares Inoperância do equipamento Vazamento de óleo para o ambiente Queda do usuário Detecção da falha Desgaste de peças 2 80 Durante utilização do 4 10 equipamento Folga excessiva 2 80 Utilização inadequada 4 80 Excesso de carga visual 10 S O D RPN Ações Especificação de tolerâncias das peças para diminuir ao máximo o vazamento interno Manual orientando correta utilização Inserir etiqueta com aviso de capacidade e indicação no manual 77

91 TABELA 16 - FMEA SISTEMA DE APOIO AUXILIAR Função Tipo de falha Efeito da Falha Causa da Falha Apoiar o equipamento quando o mesmo estiver com o centro de massa deslocado Deformação Quebra Oxidação Retorno indesejado FONTE: OS AUTORES, 2007 Não retorno à posição original Queda do usuário Quebra do componente Insatisfação visual Mau funcionamento do sistema Queda do usuário Detecção da falha Excesso de carga 3 30 Colisão da haste do apoio auxiliar quando esta estiver aberta Excesso de carga Colisão da haste do apoio auxiliar quando esta estiver aberta Visual 5 Visual 10 S O D RPN Ações Utilização inadequada Manutenção inadequada Acabamento inadequado Vazamento interno do sistema hidráulico Abertura indesejada da válvula Visual 6 Visual Inserir etiqueta com aviso de capacidade e indicação no manual Inserir etiqueta com recomendação de não transportar o equipamento com o apoio auxiliar acionado e indicação no manual Inserir etiqueta com aviso de capacidade e indicação no manual Inserir etiqueta com recomendação de não transportar o equipamento com o apoio auxiliar acionado e indicação no manual Manual orientando correta utilização Manual orientando correta manutenção Definição de acabamento adequado Posição distinta da válvula de vazão do apoio auxiliar e do cilindro de elevação Etiqueta de identificação da válvula de vazão 78

92 ESTIMATIVA DE CUSTO DE CONSTRUÇÃO DE UM PROTÓTIPO Para SHIGLEY, MISCHKE E BUDYNAS (2005), a consideração de custos é extremamente importante para a viabilização de um projeto. Por este motivo, uma cotação de custos para a construção de um primeiro protótipo foi realizada. Solicitou-se a uma empresa de ferramentaria uma cotação para a fabricação de cada componente do elevador, considerando aquisição de matéria-prima, usinagem e soldagem. Apenas para bomba hidráulica que, como já descrito anteriormente, não será produzida, obtivemos uma cotação de um fornecedor. Os valores de todos os componentes estão na Tabela 17. Portanto, o custo total de aquisição das peças para a construção de um protótipo do equipamento proposto neste projeto é de aproximadamente R$ 2.517,76. Este custo não considera taxas e impostos, gastos com mão de obra e processos de produção, margem de lucro e produção em série. O valor de mercado de um equipamento nacional similar é de R$3.730,87. TABELA 17 - CUSTO DE PRODUÇÃO COMPONENTES CUSTO 1 Braço Articulado R$ 11,78 2 Suporte para fixação R$ 12,75 3 Mastro R$ 13,62 4 Empurrador R$ 7,86 5 Cilindro Hidráulico R$ 734,82 6 Bomba Hidráulica R$ 703,89 7 Fixador do cilindro hidráulico e guiador de puxar R$ 4,37 8 Bucha para articulação R$ 9,88 9 Eixo principal R$ 21,49 10 Puxador R$ 7,56 11 Distribuidor hidráulico R$ 27,70 12 Tubo 70x50 mm R$ 24,25 13 Tubo base 50x50 mm R$ 22,41 14 Rodas de poliuretano R$ 49,76 15 Tubo de apoio lateral R$ 5,72 16 Guia do tubo articulado R$ 18,25 17 Tubo articulado R$ 5,60 18 Apoio auxiliar R$ 588,40 19 Cilindro hidráulico horizontal R$ 0,87 20 Suporte para cilindro hidráulico horizontal R$ 0,87 FONTE: OS AUTORES, 2007

93 80 5 RESULTADOS E VALIDAÇÃO A fim de validar a estrutura projetada e assegurar a qualidade do equipamento, bem como a segurança do usuário, foram realizadas simulações de comportamento estático que, segundo SORIANO (2003), corresponde à hipótese de aplicação gradual das ações externas até valores finais constantes, de maneira a poder-se desprezar as forças de inércia e de amortecimento. Os modelos matemáticos utilizados nas simulações são o de linearidade física e linearidade geométrica. Segundo SORIANO (2003), linearidade física corresponde à adoção de relações lineares entre componentes de tensão e componentes de deformação. Linearidade geométrica corresponde à hipótese de deslocamentos em modelos de estruturas nos quais as equações de equilíbrio possam ser escritas na configuração não deformada. Como já foi descrito no escopo do projeto, as simulações são através do método de elementos finitos e realizadas no software Catia. Na simulação, o equipamento foi submetido a um carregamento equivalente a 400 kg, aplicado na vertical para baixo na extremidade livre do braço de elevação, respeitando assim o coeficiente de segurança igual a dois, como indicado no FMEA. Na simulação não foram considerados esforços de tração, compressão e cisalhamento em parafusos e pinos de ligação. O material utilizado no ensaio foi o aço SAE 1020 com uma tensão de escoamento de 250 MPa. 5.1 MODELAGEM A modelagem do equipamento para a simulação é tridimensional, pois, segundo SORIANO (2003), as três direções coordenadas são essenciais na descrição do comportamento de uma estrutura. Porém, foram consideradas algumas simplificações no modelo. As peças foram modeladas sem aplicação de chanfros ou arredondamentos com o objetivo de otimizar a velocidade de processamento do software. Entretanto, a inclusão destas medidas no modelo tende a melhorar o comportamento das peças com relação à propagação de trincas e concentração de tensões. O foco desta análise está nas peças do braço de elevação, mastro e base

94 81 do equipamento. As peças submetidas à simulação foram unidas, formando um único sólido, como demonstrado na Figura 34. FIGURA 34 - MODELAGEM DO ELEVADOR PARA ANÁLISE DE ELEMENTOS FINITOS FONTE: OS AUTORES, 2007 As rodas foram substituídas por peças rígidas e maciças contendo a mesma posição, altura e área de contato com a base do elevador. O cilindro de elevação foi considerado uma barra de aço com o diâmetro da haste do cilindro, como se estivesse em fim de curso, transferindo todos os esforços para o braço de elevação e o mastro do elevador. 5.2 DISCRETIZAÇÃO Primeiramente as simulações foram realizadas com uma malha de tamanho padrão do software. Neste caso, a discretização é feita com um menor número de elementos finitos de maior tamanho, como apresentado na Figura 35. Porém, para SORIANO (2003), um procedimento que deve ser rotineiro é iniciar a abordagem de cada novo sistema físico com modelo matemático simples, o qual deve ser gradativamente refinado. O comportamento do modelo discreto se aproxima do comportamento do modelo matemático, à medida que se refina a malha. Isto é, a solução aproximada daquele modelo se aproxima da solução deste

95 82 último, na medida em que se aumenta o número de elementos da malha por utilização de elementos menores. FIGURA 35 - DISCRETIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 36 - MALHA REFINADA FONTE: OS AUTORES

96 83 Por este motivo, e com o objetivo de ter resultados mais precisos e próximos da realidade, as mesmas simulações foram realizadas utilizando-se uma malha com elementos menores, como vista na Figura ANÁLISE DAS TENSÕES DE DEFORMAÇÃO DO EQUIPAMENTO A primeira verificação realizada foi com relação às tensões atuantes sobre a estrutura do equipamento. Esta verificação foi realizada levando-se em consideração a resistência do material ao escoamento a fim de garantir que, com o coeficiente de segurança dois, o material de construção do elevador não irá escoar e levar o conjunto a deformar, colocando em risco a segurança do usuário. Para estas simulações, o software apresenta a diferença do sistema antes e depois da aplicação da carga. Como apresentado na Figura 37, o sistema antes da aplicação da carga é apresentado em uma única cor sólida. Após a aplicação da carga, são ilustradas à deformação e tensões que o sistema sofre devido a carga através da escala de cores. Primeiramente, utilizando a malha padrão do software, a simulação é utilizada para análise de quais pontos são críticos e onde há maior probabilidade de falha. Estes pontos são onde acontecem a maior concentração de tensões representadas de acordo com a escala de cor na Figura 37. Os pontos críticos considerados, que posteriormente são analisados individualmente, são: engaste da base do equipamento ao pé do mastro; pontos de apoio da haste do cilindro hidráulico no mastro e no braço superior; braço de elevação; cilindro hidráulico de elevação.

97 84 FIGURA 37 - RESULTADO DA PRIMEIRA SIMULAÇÃO PARA ANÁLISE DOS PONTOS CRÍTICOS FONTE: OS AUTORES, 2007 Nesta primeira simulação observa-se que as tensões no sistema não passam de 54,3 MPa, muito aquém do limite de 250 MPa do material utilizado. Porém, para uma maior confiabilidade dos resultados, as simulações são analisadas com a utilização da malha mais refinada. Na análise global da estrutura com a malha de elementos menores, o software indica que a máxima tensão que o sistema atinge é de 73,41 MPa, indicado na Figura 38. Para a identificação do local onde ocorre a maior tensão, os pontos críticos são analisados detalhadamente.

98 85 FIGURA 38 ANÁLISE ESTRUTURAL COM MALHA REFINADA FONTE: OS AUTORES, Engaste da base do equipamento ao pé do mastro A Figura 39 apresenta o resultado da análise de tensão no engaste da base, ponto de união entre o conjunto superior do equipamento, que suporta toda a carga, e o conjunto inferior. No lado interno da base, as tensões devido às forças geradas pela carga neste ponto se apresentam entre 12,2 MPa e 62,2 MPa, como mostrado na Figura 39. Estas forças geradas neste lado da base são forças de compressão. Analisando este mesmo ponto, porém considerando-se as forças de tração, estas causam até 48,3 MPa de tensão na peça, como ilustrado na Figura 40.

99 86 FIGURA 39 - TENSÕES NO ENGASTE ENTRE A BASE DO ELEVADOR E MASTRO FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 40 PROPAGAÇÃO DOS ESFORÇOS TRAÇÃO NA BASE DO ELEVADOR FONTE: OS AUTORES, 2007

100 Pontos de fixação da haste do cilindro hidráulico no mastro e no braço superior A tensão encontrada na fixação entre o mastro e o cilindro hidráulico é de 73,4 MPa. Esta é a maior tensão encontrada em toda a estrutura, e pode ser explicada pelo motivo de que toda a força gerada pela carga é concentrada neste ponto que não possui muita área. As escalas das tensões podem ser vistas na Figura 41. Já a máxima tensão encontrada no ponto de fixação entre o cilindro hidráulico e o braço de elevação é de 47,9 MPa, como ilustrado na Figura 42. FIGURA 41 - TENSÕES NO PONTO DE FIXAÇÃO DO CILINDRO HIDRÁULICA AO MASTRO FONTE: OS AUTORES, 2007

101 88 FIGURA 42 TENSÕES NO PONTO DE FIXAÇÃO DO CILINDRO HIDRÁULICA AO BRAÇO DE ELEVAÇÃO FONTE: OS AUTORES, Braço de elevação Apesar de ser a peça na qual a carga é acoplada, o braço de elevação não sofre muitas forças que geram tensões nesta peça. A comprovação disto é a tensão máxima encontrada no braço de elevação de 49,7 MPa, como ilustrado na Figura Cilindro hidráulico A máxima tensão encontrada na haste do cilindro hidráulico é de 62,7 MPa. Isto significa que a haste do cilindro não deformará devido à força gerada pela carga. A distribuição das tensões no cilindro hidráulico podem ser vistas na Figura 44.

102 89 FIGURA 43 - CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES NO BRAÇO DE ELEVAÇÃO FONTE: OS AUTORES FIGURA 44 - DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES NA HASTE DO CILINDRO HIDRÁULICO FONTE: OS AUTORES, 2007

103 Resultados A Tabela 18 apresenta todos os resultadas da simulação de tensão de deformação encontrados nos diversos pontos do elevador. Como já comentado anteriormente, a máxima tensão é encontrada no ponto de fixação entre o cilindro hidráulico e o mastro. TABELA 18 - RESUMO RESULTADOS TENSÃO DE DEFORMAÇÃO LOCAL MÁXIMA TENSÃO [MPa] Base do mastro 62,2 Fixação entre cilindro hidráulico e mastro 73,4 Fixação entre cilindro hidráulico e braço de elevação 47,9 Braço de elevação 49,7 Cilindro hidráulico 62,7 FONTE: OS AUTORES, Carga de ruptura do sistema A fim de saber com qual carga as tensões no equipamento começam a exceder a tensão de escoamento de 250 MPa, uma série de simulações foram realizadas, elevando-se a carga gradativamente, até que o software indicasse tensões acima da tensão de escoamento do material. A carga para que isto ocorra é equivalente ao peso de 750 kg. A haste do cilindro e o ponto de fixação do cilindro hidráulico com o mastro são os pontos que inicialmente excedem a tensão de 250 MPa. Neste caso são esperadas a ruptura da fixação do cilindro hidráulico e a deformação da haste do cilindro. A tensão máxima no sistema é de 275 MPa, como ilustrado na Figura ANÁLISE DOS DESLOCAMENTOS DA ESTRUTURA Uma análise de deslocamento da estrutura do equipamento em função da carga aplicada também foi realizada. O objetivo deste teste é verificar se a deformação ocorrida na estrutura do equipamento interfere no curso de trabalho, o que dificultaria a transferência de uma pessoa à cama.

104 91 FIGURA 45 - SIMULAÇÃO COM 750 kg FONTE: OS AUTORES, 2007 Nesta simulação não foram considerados pontos isolados, o conjunto foi analisado como um todo e o ponto de maior relevância é a extremidade do braço, onde o cabide para carregamento do usuário é fixado. A simulação indica que na extremidade livre do braço de elevação haverá um deslocamento de aproximadamente de 31 milímetros, conforme Figura 46. Esta medida é a medida de translação do equipamento como um conjunto, como considerado no inicio das simulações, com um carregamento de 400kg e engastada na posição equivalente das rodas. Observa-se que o deslocamento ocorre principalmente no braço de elevação e no mastro a partir do ponto de fixação do cilindro hidráulico. É importante ressaltar que o deslocamento de 31 milímetros não é somente na vertical. Esse deslocamento é uma resultante entre o deslocamento vertical e longitudinal da estrutura, conforme demonstrado na Figura 47. O deslocamento vertical na extremidade do braço de elevação é de aproximadamente 15 milímetros.

105 92 FIGURA 46 - DESLOCAMENTO DA ESTRUTURA FONTE: OS AUTORES, 2007 FIGURA 47 - DESLOCAMENTO ESTRUTURAL DETALHE FONTE: OS AUTORES, 2007

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