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APLICACIÓN DE PRINCIPIOSERGONÓMICOS PARA EL DISEÑODE HERRAMIENTAS ESPECÍFICAS PARA LA APERTURA YCIERRE DE VÁLVULAS DE VOLANTE
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APLICACIÓN DE PRINCIPIOS ERGONÓMICOS PARA EL DISEÑO DE HERRAMIENTAS ESPECÍFICAS PARA LA APERTURA Y CIERRE DE VÁLVULAS DE VOLANTE
1.- INTRODUCCIÓN
Entre las actividades máshabituales en la mayoría de losámbitos industriales destaca lamanipulación de volantes de con-trol, tanto para ajustes de flujoslíquidos y gaseosos regulados porvalvulismos como para procesosmecánicos de cierre y apertura decompuertas.
Esta actividad suele estar difi-cultada por el estado de manteni-miento de los engranajes y rosca-dos sobre los que se desplazanlos volantes (presencia de grasas,humedad, corrosión, etc.), entor-nos de permanencia limitada (tem-peraturas extremas, atmósferaexplosiva o asfixiante, etc.) y pos-turas forzadas que exigen del ope-rario un esfuerzo físico importanteque puede derivar en graves lesio-nes osteomusculares.
2.- DESARROLLO DELDISEÑO DE UNA “LLAVEANTROPOMÉTRICA”
El procedimiento de diseño haseguido las pautas establecidasen un modelo ergonómico con-vencional (Galer, 1987) y que, a
continuación, se relacionan:
ETAPA 1: IDENTIFICACIÓNDEL PROBLEMA
Aunque actualmente muchosaccionamientos de valvulismos serealizan mediante equipos neu-máticos y eléctricos que evitan laactuación directa de los trabaja-dores, aún es habitual la manipu-lación manual.
Dado el sobreesfuerzo y el usode útiles elaborados artesanal-mente con ferralla doblada y sol-dada (Figuras 1 y 2) que carecede control constructivo y estructu-ral, implicando un riesgo impor-tante de punzonamiento en elcaso de fractura del mismo porfatiga del material (Figura 3), sehace necesario el diseño de unaherramienta estable, robusta, queencaje perfectamente en la perife-ria del volante y que permita unagarre cómodo y seguro.
ETAPA 2: ANÁLISIS DE LASNECESIDADES DEL USUARIO
Una vez identificado el proble-ma, se analizaron con los opera-rios las características básicasque debería tener una herramien-ta destinada al propósito de accio-
nar los volantes, obteniendo estosresultados:
La herramienta ha de ser es-table en la unión con el volante.
La herramienta ha de tenerlas dimensiones adecuadaspara poder accionar de formasegura un amplio rango detamaños de volante.
ÍÍ NN DD II CC EE
1.- Introducción
2.- Desarrollo del diseño de una “llave antropométrica”
3.- Desarrollo del diseño de una “llave antropométrica fija”
4.- Conclusión
5.- Bibliografía
RODRIGO OLALLA MENÉNDEZLicenciado en Ciencias Biológicas.Técnico Superior en Prevención de Riesgos Laborales.
JUAN LUENGO ASPIAZULicenciado en Ciencias Biológicas.Antropometrista Level II ISAK.
MARCOS LUENGO FERNÁNDEZMaestro mecánico.
RAQUEL FERNÁNDEZ GARCÍALicenciada en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte.Técnico Superior en Prevención de Riesgos Laborales.
Figura 1.- Útil empleado en la aper-tura y cierre de válvulas de volante.
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El brazo de palanca ha deser lo suficientemente largopara optimizar el esfuerzo.
No ha de tener un pesoexcesivo, pero sí una resisten-cia mecánica elevada dado elalto esfuerzo de tracción al quese va a someter.
El agarre ha de ser cómodoy la empuñadura no debe res-balar.
Ha de ser diseñada para unuso ambidiestro.
Debería ser fácil de almace-nar, limpiar y mantener.
Debería ser visible y fácil-mente localizable en las insta-laciones.
Se realizó una búsqueda en elmercado de herramientas ma-nuales que pudieran ofrecer unaalternativa, pero no se obtuvieronresultados positivos.
ETAPA 3: APORTACIÓN DECRITERIOS DE DISEÑO
Material constructivo
Se valoraron distintos mate-riales que no comprometieran laresistencia de la herramienta y seoptó por acero EN-GJS-500-7con una alta resistencia a la trac-ción, rotura, torsión y compresióny con una densidad específicaque evitara un peso excesivo delútil.
Proceso de diseño
Se analizaron varias alternati-vas de diseño y, tras elaborar losprototipos, se concluyó el modelodefinitivo. El resultado es unaherramienta de tamaño medio, deun peso de unos 2 kg y formadapor un cabezal de agarre, queconsta de una cubierta y un tetónextremo que se anclará en losradios del volante (Figura 4).Unido al cabezal mediante fija-ción mecánica, se dispone unmango tubular de 80 cm condoble empuñadura plástica ergo-nómica. Se considera necesarioun tratamiento de galvanizadosuperficial para aumentar laresistencia a la corrosión.
ETAPA 4: EVALUACIÓN FI-NAL DEL PRODUCTO
Varios prototipos fueron pro-bados por operarios en las insta-laciones de la Central Térmica deAboño (HC Energía), dando susimpresiones los siguientes resul-tados:
Se logra una óptima estabili-dad en el acople con el volantey se minimiza el esfuerzo porparte del operario.
El útil tiene un uso simple, peromuy efectivo, al basarse en elprincipio de la palanca. Una vezposicionada, la llave no semueve ni bascula sobre elvolante, gracias a las orejetaslaterales, por lo que no lo estro-pea y se impide que pueda res-balarse (Figura 5).
La longitud del mango haceque la potencia a la hora de rea-lizar el trabajo sea máxima.
La empuñadura ergonómica,asegura su firme agarre al poder
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Figura 4.- Diseño del cabezal de agarre.
Figura 2.- Útil doblado por efecto de lafatiga.
Figura 3.- Útiles rotos por sobreesfuerzos.
La manipulación de volantes de control, tanto paraajustes de flujos líquidos y gaseosos regulados por valvulis-mos como para procesos mecánicos de cierre y apertura decompuertas, exigen del operario un esfuerzo físico impor-tante que puede derivar en graves lesiones osteomusculares.
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ser cubierto por la totalidad de lasuperficie de la mano, lo queevita los peligrosos resbala-mientos.
Para el diseño de la zona deagarre, se han tenido en cuentalas medidas antropométricasreferentes al agarre palmar, delos dedos y de las manos sobreel percentil 95 de la poblaciónespañola publicadas por elMinisterio de Trabajo y AsuntosSociales del Gobierno deEspaña, lo que permite su usocon guantes de trabajo.Además, la presencia de laempuñadura es incompatiblecon el uso de tubos de exten-sión del brazo de palanca.
El almacenamiento es senci-llo al disponer de una perfora-ción en el mango y al podercolocarse en perchas dentro delentorno de trabajo (Figura 6).
El color metalizado y el colordel mango, la hacen muy visi-ble en situaciones de escasailuminación o acumulación depolvo.
Permite su uso sobre volan-tes en posición horizontal y ver-tical.
Fácil limpieza dadas sus for-mas redondeadas y sin esqui-nas.
3.- DESARROLLO DELDISEÑO DE UNA “LLAVEANTROPOMÉTRICA FIJA”
Siguiendo las pautas que diri-gieron el diseño de la llave ante-riormente analizada, se realizó unnuevo planteamiento basado enla posibilidad de disponer unapalanca en el mismo cuerpo delvolante de la válvula.
ETAPA 1: IDENTIFICACIÓNDEL PROBLEMA
En las ocasiones en las que elespacio entre volantes era escasoo no se disponía en el entorno de
trabajo de una llave antropo-métrica, se hacía necesaria laexistencia de un acople en elvolante que aumentara la poten-cia de palanca aplicada. Este aco-ple debería tener giro en la empu-ñadura para acompañar al movi-miento del volante y así evitargiros excesivos al operador. Estaposibilidad también era interesan-te en aquellos casos en los queeran pocos los volantes que exigí-an esfuerzo en su maniobra.
ETAPA 2: ANÁLISIS DE LASNECESIDADES DEL USUARIO
Una vez definido el problema,se analizaron las necesidadesque el nuevo útil debería solucio-nar:
Ha de unirse solidariamenteal cuerpo perimetral del volante,para optimizar el momento de lafuerza.
Figura 5.- Llave prototipo en prueba.
Dado el sobreesfuerzo y el uso de útiles elaboradosartesanalmente con ferralla doblada y soldada que carecede control constructivo y estructural, implicando un riesgoimportante de punzonamiento en el caso de fractura delmismo por fatiga del material, se hace necesario el diseñode una herramienta estable, robusta, que encaje perfecta-mente en la periferia del volante y que permita un agarrecómodo y seguro.
Figura 6.- Llaves situadas en elsoporte.
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Es conveniente que presentela posibilidad de colocarlo enposición radial y axial.
El material de construcción yel sistema de pernos de aprietedebe ser lo suficientementerobusto como para que resistael empuje a aplicar.
La empuñadura ha de sergiratoria para que acompañe al movimiento del volante accio-nado.
ETAPA 3: APORTACIÓN DECRITERIOS DE DISEÑO
Material constructivo
Dadas las exigencias mecáni-cas que va a tener que soportareste nuevo útil, se optó por lachapa de acero de 2,5 mm deespesor debidamente mecaniza-da. Se recubre con pintura galva-nizada para evitar el posible pro-ceso corrosivo.
Proceso de diseño
Se realizó un diseño que per-mite su anclaje en volantes decualquier diámetro y se asegurala estabilidad y fijación gracias asu sistema de encaje mediantepiezas mecanizadas y el uso depernos de apriete.
El eje de empuje está dotadocon un resorte interno que, alaccionarlo, permite colocarlo deforma axial (Figuras 7 y 8) y radial(Figuras 9 y 10) y el manubrio,dotado de empuñadura ergonómi-ca, presenta giro libre.
ETAPA 4: EVALUACIÓN FI-NAL DEL PRODUCTO
La colocación de varios aco-ples en volantes de distinto tama-
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Figuras 7 y 8.- La llave antropométrica fija con el manubrio en posición axial.
Figuras 9 y 10.- La llave antropométrica fija con el manubrio en posición radial.
La llave antropométrica tiene un uso simple, pero muyefectivo, al basarse en el principio de la palanca; mientrasque la llave antropométrica fija permite su anclaje envolantes de cualquier diámetro y se asegura la estabilidady fijación gracias a su sistema de encaje mediante piezasmecanizadas y el uso de pernos de apriete.
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ño y su puesta a prueba emulan-do las condiciones de uso normalpusieron de manifiesto que:
Es perfectamente adaptablea cualquier diámetro de volantey permanece unido de formaestable gracias a su uniónmediante pernos.
Se ha ensayado sobre losprototipos con diferentes in-tensidades de tracción y ha permanecido inmóvil e inalte-rable.
Se facilita mucho la maniobray se evita la fatiga muscularderivada de la acción sobre elvolante.
4.- CONCLUSIÓN
La constante mejora de lascondiciones de trabajo en lasempresas ha de incluir un correc-to diseño de los equipos y herra-mientas de trabajo para lograr evi-tar los esfuerzos musculares quepueden producir dolorosas lesio-nes y bajas laborales prolonga-das. En ocasiones, la inexistenciade una herramienta de óptima uti-lidad hace que las tareas se reali-cen con útiles artesanos cuyomanejo representa un riesgo into-lerable.
En este caso, se han logradodos herramientas con diseñosnovedosos, cumpliendo de formasegura con la tarea y evitando altrabajador los sobreesfuerzos ymalas posturas asociados a laapertura y cierre de las válvulasde volante.
5.- BIBLIOGRAFÍA
Ley 31/1995 de Prevenciónde riesgos laborales (Art. 14;Art. 15; Art. 17; Art. 29).
R.D. 1215/1997 sobre dispo-siciones generales de seguri-dad y salud para la utilizaciónpor los trabajadores de los equipos de trabajo (Art. 2, Art. 3,Art. 4, Art. 5, Anexo I, Anexo II).
Notas Técnicas de Preven-ción:
NTP 391: Herramientasmanuales (I): condiciones ge-nerales de seguridad.
NTP 392: Herramientasmanuales (II): condicionesgenerales de seguridad.
Carmona, A. “Aspectos an-tropométricos de la poblaciónlaboral española aplicados aldiseño industrial”. Instituto Na-
cional de Seguridad e Higieneen el Trabajo, 2003.
Galer, I.A.R. “Applied ergono-mics handbook”. Butterworths,London, 1987.
Mital, A.; Karwowski, W.“Workspace, Equipment and Tool Design”. Elsevier SciencePublishing Company, 1991.
Page, A.; Porcar, R.; Such,M.J.; Blasco, V. “Nuevas técni-cas para el desarrollo de pro-ductos innovadores orientadosal usuario”. Instituto de Biome-cánica de Valencia, 2001.
Se han logrado dosherramientas con diseñosnovedosos, cumpliendo deforma segura con la tareay evitando al trabajadorlos sobreesfuerzos y malasposturas asociados a laapertura y cierre de lasválvulas de volante.
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