Dimensionamento de cortinas de luz em Dobradeiras
Data de Publicação: 04/11/24
A Norma NR-12 permite a instalação de cortinas de luz na proteção frontal de dobradeiras. O item 4.1.2.1 a) no anexo VIII da norma afirma:
“cortinas de luz com redundância e autoteste, tipo 4 conforme norma IEC 61496, monitorada por interface de segurança, adequadamente dimensionada e instalada, conforme a norma EN 12622” (Brasil, 24)
Conteúdos do Artigo
A cortina de luz é um componente de segurança que é aplicado em diversas máquinas e automações, e pode ser adaptada em dobradeiras. A utilização de cortinas de luz não exime os demais sistemas de segurança exigidos pela norma NR-12.
A Braffemam não utiliza cortinas de luz em suas máquinas devido a série de dificuldades operacionais, as quais serão melhor apresentadas no decorrer do texto. O melhor sistema já desenvolvido para a proteção frontal em dobradeiras é o sistema de segurança de detecção multizona – ESPE /AOPD. Nesse artigo será detalhado o dimensionamento das posições e fixação da cortina de luz como proteção frontal na dobradeira.
Dimensões da apresentadas na norma EN 12622
A norma que estabelece a posição da cortina de luz é a EN 12622. Nela é demonstrado diversos exemplos de aplicação da cortina de luz, onde pode ser montada na vertical, horizontal ou em ângulo. Como é desejado que o operador esteja o mais próximo possível da linha de dobra, o sistema de montagem vertical é o mais indicado, e será essa a metodologia de montagem abordada nessa exemplificação.
Como podemos verificar na Figura 1, algumas dimensões mínimas a norma EN 12622 exige, independentemente do tamanho do equipamento. A fim de exemplificação, utilizaremos os dados e dimensões da dobradeira Braffemam PVH 30125s para dimensionar a posição da cortina de luz.
Posição da altura da Cortina de Luz
A altura mínima é 1600 mm e o comprimento efetivo da cortina deve ser de no mínimo 800 mm. Caso a base da mesa até o chão, medida a, possua menos do que 825 mm, o comprimento da cortina de luz deve ser compensado. A medida b deve ter no mínimo 50 mm.
Exemplo 1 - PVH 30125s: Considerando a máquina com 825 mm da base até o chão, a distância mínima b de 50 mm, a altura mínima vertical, o comprimento de detecção deve ser:
a = 825 mm
b = 50 mm
C = 1600 mm
CL = C+b-a
CL = 1600+50-825
CL = 825 mm
A cortina deve ter no mínimo 825 mm de detecção.
Tempo de Resposta a parada
A distância é calculada levando em consideração o tempo de resposta do sistema, e a velocidade de aproximação de corpo ou partes do corpo. O tempo de resposta do sistema além de ser importante para esse dimensionamento, é utilizado para dimensionar o cálculo de escorregamento da máquina, item obrigatório da norma NR-12.
O tempo de resposta do sistema pode ser compreendido como o tempo que o equipamento leva do momento que é acionado uma emergência, até o equipamento parar. Esse cálculo pode ser feito de maneira teórica, somando todos os tempos de acionamento dos componentes, ou de maneira pratica, através de testes em equipamentos similares. Esse valor será utilizado em vários pontos do projeto de segurança.
Para descobrir o tempo de resposta teórico em um projeto de dobradeira, é necessário somar a resposta da válvula hidráulica (que esteja na linha inferior do cilindro e que garanta seu travamento), CLP de segurança, minicontator, cortina de luz, comprimentos dos cabos elétricos e qualquer outro componente por onde o sinal deva passar. Esses dados são muitas vezes complexos de serem adquiridos, porém abaixo é apresentado o tempo teórico de alguns deles:
- Resposta para desenergizar a válvula: 0,050s
- Tempo de resposta da cortina de luz: 0,013s
- Resposta do CLP de segurança: 0,007s
Medição pratica do tempo de resposta
A medição do tempo de resposta pratico é muito mais preciso, pois é simulado a situação de emergência e parada, porém para o realizar é necessário o equipamento, o que muitas vezes não é possível durante o seu projeto. Abaixo é apresentado um modelo teórico e outro prático para realizar a medição do tempo de parada, além de valores de referência para nortear projetos que usam cortina de luz em equipamento similar.
Considerando que o óleo hidráulico é um fluido incompressível, podemos afirmar que no momento que a válvula hidráulica monitorada que controla a saída do óleo da parte inferior do cilindro fecha, o cilindro fica estagnado e o avental para. Logo, ao medir o tempo entre o acionamento de emergência, e o recebimento do sinal de fechamento da válvula, temos o tempo de resposta à parada do sistema.
Para fazer essa medição pode ser utilizado um osciloscópio digital, ligado na cortina de luz, e no feedback da válvula hidráulica da linha que recebe primeiro o óleo, da parte de baixo do cilindro. Como estamos medindo a saída do sinal de emergência da cortina de luz, deve ser adicionado o tempo de resposta interno da cortina de luz ao tempo medido no osciloscópio digital.
A fim de apresentar um valor balizador, para ser de referência a outros projetos similares, foi realizada a medição do tempo de resposta de Dobradeiras Hidráulicas novas fabricadas pela Braffemam e, ocorreram no laboratório da empresa. Foi utilizado os componentes descritos abaixo para a realização das medições:
- Osciloscópio digital: Osciloscópio Digital FNIRSI-1014D
- CLP de segurança: CLP de Segurança 8E 2S M1 Mosaic (Reer)
- Minicontator: 2NA+2NF 24VDC AZ CWCA0-22-00C03
- Válvula Monitorada: Válvula Direcional 4WE 6 F73-62 EG24N9K4
- Comprimentos de Cabos: 5 metros de fios de cobre
- Máquinas: Conforme tabela
Cada medição foi realizada 10 vezes, na tabela é apresentado o resultado médio, mais o desvio padrão. O tempo de resposta de cada equipamento pode ser visualizado na tabela abaixo. O tempo de resposta total é o tempo medido através do osciloscópio, somado a resposta da cortina de luz.
| Máquina | Similar Mercado | Tempo de Resposta (ms) |
|---|---|---|
| PVH 20100s | 8 X 2200 | 166 ± 3 |
| PVH 30125s | 6 X 3200 | 177 ± 4 |
| PVH 30160s | 8 X 3200 | 216 ± 4 |
Vale ressaltar que as respostas do sistema apresentado na Tabela 1 são para equipamentos novos. Através dos resultados é possível verificar que o tempo de resposta varia em função do modelo do equipamento. É comum que o tempo de resposta aumente ao longo dos ciclos trabalhados, principalmente devido ao desgaste interno das válvulas hidráulicas. As normas não exigem uma margem de segurança encima do tempo de resposta, mas é interessante, já esperando possíveis desgastes futuros, para isso será aumentado o tempo de resposta em 10%, como margem de segurança ao projeto.
Distancia d da cortina de luz
O cálculo apresenta a distância do centro da linha de dobra até o centro da cortina de luz. Vale ressaltar que a norma EN 12622 exige que a distância mínima seja de 100 mm, mesmo em casos que o resultado do cálculo apresente resultados inferiores. O cálculo da distância é realizado através das equações abaixo:
d = (K x t) + C
t = t1 + t2 + t3 + Δt
d = Distancia da linha de centro da dobra até o centro da cortina de luz
K = Velocidade de aproximação de corpos ou partes do corpo
t = Tempo total de resposta do sistema de segurança
C = Distancia adicional, baseada no modelo de aplicação da cortina de luz e posição
t1 = Tempo de parada da Dobradeira (incluindo o sistema hidráulico e elétrico)
t2 =Tempo de resposta do sistema de segurança
t3 = A soma dos tempos de resposta restantes
∆t = Incerteza da medição
A velocidade K é a velocidade com que um corpo, ou parte de um corpo, pode se aproximar do risco. A norma EN 12622 exige que esse valor seja de 1600 mm/s para proteções que possam estar acima de 800 mm de distância do risco, e 2000 mm/s para proteções mais próximas do risco. Como em dobradeiras precisamos que as cortinas de luz estejam o mais próximo possível, a velocidade de 2000 mm/s deve ser considerada.
O fator C é um adicional de distância em função da capacidade de detecção dos feixes laser da cortina de luz escolhida.
| Capacidade de detecção (mm) | Distancia adicional C (mm) | Iniciação do ciclo pela cortina de luz |
|---|---|---|
| ≤ 14 | 0 | Permitido |
| > 14 ≤ 20 | 80 | Permitido |
| > 20 ≤ 30 | 130 | Não Permitido |
| > 30 ≤ 40 | 240 | Não Permitido |
| > 40 | 850 | Não Permitido |
O tempo t como descrito acima, é o tempo de resposta à parada do equipamento. Como citado acima, é interessante considerar a margem de 10% de segurança encima do tempo de resposta à parada do equipamento.
Exemplo 2 – PVH 30125s: Considerando o tempo de resposta da Tabela 1 para o equipamento PVH 30125s, a margem de segurança em 10% para o tempo de parada, a utilização de cortina de luz com capacidade de detecção de 14 mm, a distância d da cortina de luz deve ser: K= 2000 mm/s C = 0 mm Sendo conservador, vamos utilizar a média do tempo de resposta apresentado na Tabela 1, somando o desvio padrão. t = 0,177 + 4 t = 181 Considerando mais 10% como fator de segurança: t = 181+10% t = 199 d = (K∙t)+C d = (2000∙0,199)+0 d = 398 mm A distância do centro da cortina de luz até a linha de dobra d deve ser de 398 mm.
A Figura 3 apresenta uma dobradeira com a proteção frontal corretamente dimensionada. Nesse exemplo a cortina de luz foi fixada na proteção lateral, evitando frestas que poderiam dar acesso a zona de risco. Foi utilizado uma cortina de luz com mais de 825 mm, com resolução de 14 mm. A altura de instalação foi de 1600 mm, conforme solicitado pela norma EN 12622.
Proteção Horizontal
A norma EN 12622 exige uma proteção horizontal entre a estrutura da máquina e a cortina de luz, de maneira que exista apenas um espaçamento mínimo entre a proteção horizontal e a cortina de luz. Essa proteção pode ser fixa, monitorada ou outra cortina de luz. Por ser uma posição que não atrapalha durante a utilização do equipamento, pode ser utilizado uma proteção fixa.
A proteção fixa é aquela que não consegue voltar a sua posição original sem a utilização de seus elementos de fixação. A distância 3 é normatizada pela EN ISO 13857 (ISO, 2021), porém na norma não existem um exemplo muito claro ou próximo da situação apresentada na Figura 2.
Como é uma região de fácil instalação de uma proteção fixa, pode ser utilizado um perfil L dobrado, fazendo com que a distância 3 seja igual ou inferior a 14 mm, pois essa é a menor medida de fresta apresentada na norma EN ISO 13857. A Figura 4 demonstra um exemplo da proteção fixa inferior da cortina de luz.
Cálculo de Escorregamento
Esse procedimento é obrigatório a cada energização do equipamento, ou caso ele esteja funcionando a mais de 30 horas consecutivas (Brasil, 24). Consiste na verificação do tempo de resposta a parada do equipamento. Nos casos de máquinas com cortina de luz como proteção frontal, o cálculo pode ser feito através de um sistema de came e sistema eletrônico de monitoramento de segurança classificado como no mínimo de categoria 2, conforme norma ABNT NBR 14153.
No sistema de came, temos um trapézio com duas rampas de acesso a parte superior e um sensor tipo chave de fim de curso para realizar o cálculo de escorregamento. Normalmente o Sensor é fixo na estrutura, e a rampa se movimenta junto com o avental.
Dimensionamento do cálculo de escorregamento
Para o cálculo ser realizado, é enviado um sinal para o avental descer em velocidade rápida, e no momento que sensor do cálculo é atuado pela rampa, é emitido um sinal de emergência à máquina. O avental deve parar antes que o sensor percorra o todo percurso reto da rampa, sem desacionar o sensor.
O dimensionamento da parte reta do sensor deve ser realizado através do tempo de resposta do sistema, e a velocidade máxima de descida rápida do equipamento. É recomentado a utilização do fator de 10% encima do tempo de resposta à parada.
O cálculo de escorregamento verifica se o tempo de resposta de parada está dentro do determinado e utilizado no projeto, assim garantido o correto dimensionamento das cortinas de luz.
Exemplo 3 – PVH 30125s: Considerando que o equipamento possui a velocidade máxima de decida em 80 mm/s, a distância da parte reta do trapézio, utilizado para o cálculo de escorregamento deve ser:
Vmax= 80 mm/s
Sendo conservador, vamos utilizar a média do tempo de resposta apresentado na Tabela 1, somando o desvio padrão.
t = 0,177+4
t = 181
Considerando mais 10% como fator de segurança:
t =181+10%
t = 199
E = Vmax∙t
E = 80∙0,199
E ≈ 16 mm
A distância reta do trapézio deve ser de 16 mm.
A Braffemam possui um corpo técnico capaz de auxiliar em projetos de engenharia e segurança. No link abaixo é possível conhecer todas as exigências da norma NR-12 para Dobradeiras.
Escritor: Pedro Kucarz
Mestre em Engenharia Mecânica e de Materiais
Departamento de Engenharia Aplicada – Braffemam
Referencial Teórico
Brasil, Norma Regulamentadora No. 12 (NR-12). – 22 de 03 de 24. – 06 de 08 de 2024.
Nuova Elettronica DSP Laser. – Nuova Elettronica, 06 de 08 de 2024. – 06 de 08 de 2024.
