DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA ABERTURA AUTOMATIZADA DE GAVETAS PARA MÓVEIS DE COZINHAS

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1 5, 6 e 7 de Agosto de 2010 ISSN DESENVOLVIMENTO DE UM DISPOSITIVO PARA ABERTURA AUTOMATIZADA DE GAVETAS PARA MÓVEIS DE COZINHAS Leonardo Batassini (UCS) Carlos Alberto Costa (UCS) Joanir Luis Kalnin (UCS) Marcos Alexandre Luciano (UCS) A busca por produtos mais funcionais e inteligentes tem-se tornado cada vez mais constante, e isso também é evidenciado no setor moveleiro. O sistema automatizado de abertura de gavetas é uma realidade, mas atualmente possuem custo elevado.. Diante da procura por esse mecanismo, uma empresa do setor moveleiro da Serra Gaúcha, identificou a oportunidade de fazer um estudo para o desenvolvimento de um dispositivo com funções similares aos produtos importados e com preço mais acessível. Realizou-se o projeto informacional com o levantamento dos requisitos que o produto deve apresentar, e em seguida dois conceitos para o dispositivo foram apresentados. O conceito utilizando a bobina de acionamento se mostrou mais viável em termos de custos. Com isso, foi projetado e construído um protótipo, onde foi possível fazer diversas avaliações de seu funcionamento. Palavras-chaves: Processo de Desenvolvimento de Produto, Ergonomia, Automatização de Móveis

2 Introdução Uma tendência no design de móveis é a inexistência de puxadores, o que confere aparência moderna e um visual limpo. Para que isso se concretize, são necessários dispositivos ou sistemas para abrir portas e gavetas. Existem disponíveis no mercado diferentes soluções que são empregadas para conferir a automatização de abertura de portas e gavetas, entretanto, na maioria dos casos, são importados e possuem custo elevado. Quando se tratam de móveis destinados a cozinhas, esses dispositivos de abertura, além de permitirem que gavetas e portas sejam abertas com um toque, também contribuem para um maior conforto no uso. Pode-se, por exemplo, abrir uma gaveta que esteja localizada na parte inferior com um toque de pé, tornozelo, joelho ou quadril e com isso facilitando a realização de tarefas. Diante deste cenário, uma empresa do setor moveleiro da Serra Gaúcha identificou a oportunidade de oferecer como opcional a um determinado modelo de gaveta sua abertura de modo automatizado, demonstrando sua preocupação para que soluções inteligentes e com preço atrativo sejam oferecidas para os clientes como um diferencial. O objetivo desse trabalho é apresentar o desenvolvimento de um dispositivo de abertura automatizada para um determinado modelo de gaveta aplicado a cozinhas. Inicialmente são tratados alguns conceitos vinculados ao Processo de Desenvolvimento de Produtos que são referenciais ao projeto do sistema proposto. Posteriormente são apresentados alguns dados e conceitos ergonômicos que nortearam o desenvolvimento do protótipo. Por fim, é apresentado o dispositivo desenvolvido e são discutidos alguns resultados preliminares. Processo de Desenvolvimento de Produtos O desenvolvimento de produtos é um processo de negócio cada vez mais crítico para a competitividade das empresas, principalmente com a crescente internacionalização dos mercados, aumento da diversidade e variedade, e redução do ciclo de vida dos produtos no mercado. Rozenfeld et al (2006), afirmam que desenvolver produtos consiste em um conjunto de atividades por meio das quais se busca, a partir das necessidades do mercado e das possibilidades e restrições tecnológicas, e considerando as estratégias competitivas e de produto da empresa, chegar às especificações de projeto de um produto e de seu processo de produção, para que a manufatura seja capaz de produzi-lo. Segundo Pahl et al. (2005), face à grande importância do desenvolvimento de um produto no momento certo e que desperte interesse por parte do mercado, torna-se necessário um procedimento para o desenvolvimento de boas soluções, que seja planejável, flexível, otimizável e verificável. Tal procedimento só é aplicável quando, alem do necessário conhecimento especializado, os projetistas souberem trabalhar de modo sistemático e essa metodologia de trabalho exigir ou for auxiliada por medidas organizacionais. O processo de desenvolvimento de um novo produto parte do planejamento e do esclarecimento da formulação da tarefa, passa pela identificação das funções necessárias, 2

3 elaboração de soluções preliminares, constituição de estruturas modulares com subconjuntos, seguindo até a documentação do produto completo. Em alguns casos não será possível uma separação muito precisa entre as fases principais, pois, por exemplo, estudos sobre a forma são necessários previamente à etapa de concepção; ou decisão bastante detalhada com relação à tecnologia de produção tem que ser tomadas já na fase de projeto. Nem sempre será evitável um retorno, quando no projeto, por exemplo, para as subfunções somente agora percebidas, for preciso procurar soluções preliminares. Mesmo assim, no planejamento e controle do processo de desenvolvimento, o desdobramento em fases principais sempre é útil. Ergonomia nas atividades domésticas Conforme Iida (2005), com o progresso tecnológico e a crescente automação industrial, há uma tendência de se liberar o trabalhador das tarefas que exigem muitos esforços ou aquelas de natureza simples e repetitiva. As atividades domésticas representam uma das maiores ocupações humanas em todo o mundo. Nelas estão envolvidas tanto os adultos como as crianças e pessoas idosas, havendo uma grande predominância do elemento feminino. Comparando ao trabalho industrial em linhas de produção, o trabalho doméstico tem a vantagem de ser bastante variado, permitindo frequentes mudanças de postura e inserção de pausas durante o trabalho. A cozinha é um dos lugares mais importante da casa, sendo o centro de produção de alimentos, e está ocupada durante o dia todo. Uma cozinha dura, em média, 20 anos. Por isso, quem compra uma cozinha deseja poder ter a confiança de que esta possa satisfazer suas necessidades durante muitos anos. O Age Explorer criado pelo Instituto Meyer-Hentschel (Blum, 2009), permite entender melhor as necessidades do usuário da cozinha, simulando limitações de movimento que aparecem com o decorrer da vida. Ele é composto por diversos itens como, por exemplo: uma espécie de macacão que dificulta esticar os braços, limita a mobilidade de cotovelos e joelhos; pesos fixados diretamente nas musculaturas dos braços e pernas simulam a força muscular decrescente; amortecedor auditivo simula a redução auditiva; óculos limitam a acuidade visual; viseira em tonalidade amarela limita o campo da face e simula a turvação e a alteração de cor do cristalino e luvas especiais imitam a artrite e dificultam pegar ou apalpar objetos. Estima-se que ao usar esse instrumento, composto pelos itens acima citados, por um período de 2 horas o usuário experimentará uma simulação de 20 anos de envelhecimento. Testes mostraram que portas e prateleiras no armário inferior provocam dificuldades, especialmente para pessoas com limitações de movimento. Gavetas com extração parcial também prejudicam o campo de visão. Deve-se, portanto dar preferência a gavetas com extração total que são ergonomicamente mais convenientes, evitando flexões desnecessárias e permitindo uma ampla visualização. Abrir uma gaveta pesada quando a força muscular está em declínio e as ações motoras estão limitadas é um trabalho penoso. Em contrapartida com o sistema elétrico de abertura essa tarefa torna-se simples e fácil. Já que o sistema de abertura entra em atividade não somente com o toque da mão, mas também com o quadril, joelho ou pé, gavetas podem ser abertas não apenas sem esforços como também sem flexões (figura 1). 3

4 Figura 1 Sistema elétrico de abertura, abertura simples e fácil. (Fonte: Blum (2009)). Para obter de forma empírica as opiniões dos consumidores, foi montada uma cozinha num estúdio de pesquisa de mercado, toda ela equipada com o sistema motorizado de abertura de gavetas (Hettich, 2008). Está simulação em ambiente real com consumidores que na maioria dos casos eram mães com crianças com menos de sete anos de idade, permitiu estudar, protocolar por escrito e documentar em filmagens as diversas opiniões. A análise das sondagens resultou em informações interessantes: 68% das pessoas interrogadas gostaram espontaneamente da função de abertura motorizada das gavetas, achando muito boa ou boa. Entre as mães com crianças até aos sete anos, a reação positiva foi de 63%, (figura 2). A utilidade prática, o facilitar do trabalho e o fato de que o sistema motorizado confere as cozinhas um toque de requinte e de qualidade foram os aspectos de maior realce. Figura 2 Pesquisa de Mercado. (Fonte: Hettich (2008)). Apenas 12% dos interrogados tiveram uma postura relutante em relação ao sistema. Especialmente 16% das pessoas com idade entre 50 e 70 reagiram espontaneamente rejeitando o sistema. Os argumentos que apresentaram referiam-se a pouca força de ativação que poderia representar um risco de abertura involuntária. Desenvolvimento do dispositivo de abertura automática de portas Considerando que uma cozinha dura em média 20 anos, deve-se levar em conta o fator envelhecimento dos usuários, atendendo no futuro com facilidade e conforto, as atividades realizadas. Os dispositivos destinados à abertura automatizada de gavetas trazem muitos benefícios e conforto na realização das tarefas domésticas e também permitem a construção 4

5 de mobiliário sem o uso de puxadores. Este trabalho possui um caráter exploratório, devido ao contexto pouco conhecido e sua natureza qualitativa. Para identificar alguns parâmetros de projeto foi realizada uma pesquisa bibliográfica e também entrevistas com questionários semi-abertos junto aos franqueados, vendedores, projetistas, decoradores, montadores e distribuidores. Optou-se por uma empresa moveleira de médio porte, pelo fato dela apresentar as informações organizadas segundo as necessidades de cada uma das etapas do processo de desenvolvimento do produto. Existem disponíveis no mercado sistemas eletro-mecânicos importados que fazem à abertura de gavetas através de um toque. Esses dispositivos se agregados aos produtos da empresa acarretariam um adicional de 360% sobre cada gaveta, o que é elevado. A empresa acredita que se dispusesse de um sistema 40% mais barato em relação ao importado, teria um preço atraente e diferenciado perante os concorrentes que já utilizam esses dispositivos. Projeto Informacional O modelo de gaveta para o qual o dispositivo está sendo desenvolvido conta com um sistema de guias deslizantes com capacidade para 25kg de carga e com amortecimento no fechamento, e atualmente são comercializadas cerca de 600 gavetas/mês. Como a empresa não é especializada em produção de ferragens e acessórios para móveis, esse mecanismo de abertura, deve ser composto o máximo possível por elementos já existentes no mercado, para que sua produção seja viabilizada. Pesquisando os dispositivos importados disponíveis no mercado, constatou-se que eles funcionam com um motor elétrico, que aciona um braço, existindo patente internacional para o mecanismo. Com base nas entrevistas realizadas foram elencadas as seguintes necessidades que o produto deve satisfazer: Permitir abertura de gavetas sem o uso de puxadores e sem esforços; permanecer com o sistema de fechamento com amortecimento; preço acessível; segurança; silencioso; sistema isento de manutenção e fácil montagem. O modelo de gavetas para o qual o mecanismo está sendo desenvolvido possui um sistema de amortecimento no fechamento que é ativado durante a abertura da gaveta ao longo de 40 mm do curso inicial. Foram realizadas medições com dinamômetro (CROWN nº AT01866 de 50 N de capacidade), para obter a força que o sistema impulsionador deveria exercer (figura 3). A gaveta estava com peso de 25kg, que é seu limite de carga, e resultou na força de 22 N para iniciar o movimento e a força aumentou para 25 N ao final dos 40 mm de curso. Com a gaveta vazia a força no inicio foi de 20 N e no final do curso de 40 mm foi de 23 N. Verificou-se que a influência do peso é baixa e o maior responsável pelo esforço é o sistema de amortecimento. Figura 3 Medição com dinamômetro. 5

6 Transformando as necessidades dos clientes em linguagem de projeto e considarando os dados da medição do esforço de abertura inicial da gaveta tem-se as especificações-meta do produto que compreendem os parâmetros quantitativos e mensuráveis que o produto projetado deverá ter. Seguem as especificações-meta do produto na tabela 1. Requisito Valor meta Sensor Preço menor que os produtos de terceiros 40% < Custo dos componentes Sistema de toque para abrir a gaveta Toque na parte frontal Aplicação de meios para ativar o dispositivo Sistema impulsionador da gaveta 25 N Medições, cálculos e testes Sistema não poderá interferir no Aplicação de meios para Retornar ao estado inicial amortecimento do fechamento retornar ao estado inicial Componentes já existentes no mercado 70% Componentes já existentes 200 (larg.) x Sistema deverá se adaptar ao espaço 130 (alt.) x disponível no móvel 87 (prof.) mm Dimensional Para segurança o sistema deve apenas dar o impulso inicial Baixo nível de ruído Sistema eficaz e confiável Curso inicial 50 a 80 mm Similar aos produtos importados 5 anos de garantia Curso de atuação do atuador na gaveta Comparativo Estimativa do nº de abertura da gaveta Sistema fácil instalação 20 min. Cronômetro Tabela 1 Especificações-Meta do Produto Essas especificações-meta são importantes nas fases posteriores para avaliar se o dispositivo está de acordo com o planejado. Projeto Conceitual Nessa fase, se busca a concepção para a função global exigida pelo produto e para atender da melhor forma as especificações-meta definidas no projeto informacional. Por meio da análise das especificações-meta, foi definido que a função global é movimentar gaveta. Desdobrando a função global em funções secundárias, conforme figura 4, tem-se: fronteira do sistema sinal energia acionar dispositivo impulsionar a gaveta retornar ao estado inicial movimento Figura 4 Desdobramento da função global. O próximo passo foi encontrar os princípios de soluções que contenham o efeito físico e a configuração necessária para atender as funções. Com base na função requerida começou a ser analisado e concebido o sistema e dois conceitos foram gerados e modelados em um sistema CAD 3D e se inicio uma análise de movimentos, concebendo a geometria e tamanho do braço acionador, considerando características de tamanho, torque, força e curso, tanto para o microredutor elétrico, como para as bobinas de acionamento disponíveis no mercado. O conceito 1 utiliza um microredutor, conforme vista da parte traseira do gaveteiro, figura 5, o braço será acoplado diretamente no seu eixo e o ângulo de atuação deverá ser limitado por 6

7 batentes e ação dos sensores. Figura 5 Conceito 1: microredutor elétrico. O conceito 2 (com bobina de acionamento), conforme vista traseira do gaveteiro, figura 6 (a), o braço terá uma conexão secundária que será acoplada à bobina e o ângulo de atuação será limitado pelo curso da bobina, conforme vista ampliada, figura 6 (b). A bobina estando energizada é acionada, cessando a energia, retorna por ação de uma mola. a Figura 6 Conceito 2, bobina de acionamento: (a) vista traseira gaveteiro; (b) vista ampliado do dispositivo. Para os dois conceitos, foram realizadas cotações de componentes com os possíveis fornecedores. As duas alternativas foram comparadas conforme tabela 2. Neste custo não foi considerado a parte elétrica, mas sabe-se que o conceito 2, teria um circuito mais simples, isso porque a bobina possui mola para o retorno ao estado inicial. CONCEITO 1 CONCEITO 2 COMPONENTE PREÇO (R$) COMPONENTE PREÇO (R$) Suporte 4,85 Suporte 5,60 Braço acionador 3,65 Braço acionador 2, Braço conector 1, Suporte braço acionador 2,12 Microredutor elétrico Bobina solenóide 150,00 12 V CC 220 V CA 110,00 Fonte CC 12V 450,00/10 = 45, Parafusos e outros 2,20 Parafusos e outros 2,60 TOTAL 205,7 TOTAL 123,59 Tabela 2 - Comparação do custo dos componentes. Como o custo é o principal requisito, se verificou que o conceito 2 é mais viável, e desta b 7

8 forma foi construído um protótipo para avaliar na prática o funcionamento do mecanismo com a bobina solenóide de acionamento. Projeto Preliminar Para efeito de teste de funcionamento do mecanismo foi utilizada uma bobina modelo 040, que apresenta uma curva de força inferior ao modelo 075, que é adequada em função da estimativa de força de 80,6 N. Como essa bobina usada apresenta força menor com a requerida pelo sistema de amortecimento, o mesmo foi desativado e serão feitas medições com o dinamômetro para verificar qual a força que essa bobina consegue exercer na gaveta. O dispositivo é composto por um suporte principal, que sustenta a bobina e o suporte do braço acionador, um suporte braço acionador, um braço acionador, e um braço conector. As peças foram fabricadas e o dispositivo foi montado e fixado a um suporte na parte traseira da gaveta. No estado inicial, com a gaveta fechada, o dispositivo permanece encostado na parte traseira da gaveta, conforme figura 7. Figura 7 Dispositivo no estado inicial. Primeiramente, foi realizada uma tentativa de acionamento com o sistema de amortecimento ativado. Como era esperado o sistema não foi capaz de impulsionar a gaveta. Então o sistema de amortecimento foi desativado e foram realizadas medições com o dinamômetro. Verificouse que o sistema consegue acionar até 8 N de força na gaveta, estando dos 25 N requerido pelo sistema de amortecimento. Com o sistema de amortecimento desativado e com o móvel nivelado o sistema conseguiu impulsionar a gaveta até a sua abertura total, mesmo estando com peso. Verificou-se que, ao colocar pesos, o sistema durante a abertura se flexiona para baixo e com isso facilita o deslizamento até o curso final. Conforme análise de funcionamento do dispositivo foi realizada uma avaliação perante as especificações-meta, conforme tabela 3. Requisito Valor meta Avaliação Conceito 2 Preço menor que os produtos de terceiros 40% < O produto não foi completamente desenvolvido, mas apresenta um custo viavel. Custo alvo: R$ % = R$ 228,00. Custo do dispositivo construído sem a parte elétrica: R$ 123,59. Sistema de toque para abrir a Toque na parte Parte elétrica não desenvolvida gaveta frontal Sistema impulsionador da 25 N Como o protótipo foi usado uma bobina de 8

9 gaveta Sistema não poderá interferir no fechamento que já conta com amortecimento Componentes já existentes no mercado Sistema deverá se adaptar ao espaço disponível no móvel Para segurança o sistema deve apenas dar o impulso inicial Baixo nível de ruído Sistema eficaz e confiável Sistema fácil instalação Retornar ao estado inicial 70% 200 (larg.) x 130 (alt.) x 87 (prof.) mm Curso inicial 50 a 80 mm Similar aos produtos importados 5 anos de garantia 20 min. Tabela 3 - Avaliação do protótipo conceito 2. menor capacidade a força não foi atingida Ok A bobina representa o maior custo e já existe no mercado Ok 60 mm. Ok Precisa ser melhorado o contato do braço acionador com a gaveta e as conexões. A vida útil da bobina é de 3 milhões de acionamentos sem que haja esforço lateral. Considerando que em um dia a gaveta seja aberta 50 vezes, tem-se: 50 x 365 dias = x 5 anos = vezes. Como a parte elétrica não foi desenvolvida ainda não se tem um tempo definido de instalação. Conforme a avaliação do protótipo, concluiu-se que o projeto precisa ser aprimorado. Novos testes com bobinas de maiores capacidades de força precisam ser realizados. Diversos parâmetros, como geometria dos componentes, precisam ser aprimorados para melhor otimizar os recursos de força e curso disponíveis pelas bobinas. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho teve como objetivo desenvolver um dispositivo de abertura de gavetas com preço mais acessível, em torno de 40% mais barato que os mecanismos importados. Como se trata de um projeto novo, diversas soluções foram analisadas e a alternativa com o uso de uma bobina de acionamento, apresentou custo mais acessível. Com a construção do protótipo pode-se afirmar que a função global, que é impulsionar a gaveta na abertura, foi alcançada. Porém, vários fatores precisam ser melhorados e deverão ser estudados. Novos testes com bobinas de maior capacidade de força precisam ser feitos. A geometria do braço acionador precisa ser refinada, para que se tenha um melhor aproveitamento de força e curso oferecidos pelas bobinas. As conexões também devem ser aprimoradas, para que se tenha diminuição do atrito e ruído entre elas. Concluindo, pode-se afirmar que o equipamento até agora apresenta funcionamento e custo abaixo do limite estipulado. Contudo, como a parte elétrica do acionamento precisa ser desenvolvida, deve ser feito um estudo, para que o preço final não ultrapasse o projetado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 9

10 KAMINSKI, Paulo Carlos. Desenvolvendo produtos com planejamento, criatividade e qualidade. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, IIDA, Itiro. Ergonomia: projeto e produção. São Paulo: Edgard Blücher, ROZENFELD, Henrique [et al.]. Gestão de desenvolvimento de produtos: uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, BACK, Nelson [et al.]. Projeto Integrado de produtos: planejamento, concepção e modelagem. São Paulo: Manole, PAHL, Gerhard [et al.]. Projeto na engenharia: fundamentos do desenvolvimento eficaz de produtos, métodos e aplicações. São Paulo: Blücher, BOLGENHAGEN, Nilson Jair. O Processo de Desenvolvimento de Produtos: Proposição de um Modelo de Gestão e Organização. Dissertação de Mestrado. UFRGS. Porto Alegre, FORUM DE TENDÊNCIAS HETTICH, 2008, Alemanha. A cozinha do futuro. Disponível em: <http://www.hettich.com.br/hettich/portal/produc/2008_intime.pdf>. Acesso em: 15 out BLUM, 2008, Áustria. Age Explorer. Disponível em: <http://www.blum.com.br/br/pt/04/40/.../ageexplorer.php>. Acesso em: 14 set

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