Uma bancada de ensaios hidráulicos cria intencionalmente condições que podem incluir alta pressão, elevado caudal, movimento mecânico, energia hidráulica armazenada, óleo quente, componentes rotativos e falhas nos componentes. Por conseguinte, a segurança não pode ser tratada como um elemento acessório acrescentado após o circuito hidráulico e a estrutura da máquina já terem sido concebidos.
Uma abordagem mais adequada consiste em começar pelos riscos criados pelo próprio procedimento de ensaio e, em seguida, criar várias camadas de proteção em torno deles. A norma ISO 12100 segue esta abordagem de avaliação e redução de riscos na conceção de máquinas, enquanto a norma ISO 4413 aborda os riscos significativos associados aos sistemas e componentes hidráulicos.
No caso de um banco de ensaio hidráulico, isto implica normalmente ter em conta contenção de pressão, proteções mecânicas, proteção contra pressão hidráulica, controlo de energia armazenada, controlos relacionados com a segurança, paragem de emergência e acesso seguro para manutenção, como um sistema integrado.
Comece por avaliar o risco, e não pela proteção
Um erro comum é decidir que uma bancada de ensaio “precisa de uma cobertura de segurança” antes de identificar contra o que essa cobertura se destina, na verdade, a proteger. O conceito correto de proteção depende do componente que está a ser testado e da forma como a falha pode ocorrer.
Durante os ensaios de cilindros, os principais riscos podem incluir o movimento do cilindro, a falha do dispositivo de fixação, a libertação de força mecânica, a falha de mangueiras ou conexões e a descarga de óleo. Uma bancada de ensaio de bombas ou motores hidráulicos pode envolver eixos rotativos e acoplamentos, para além do óleo pressurizado, enquanto uma bancada de ensaio de válvulas ou mangueiras pode dar maior ênfase à libertação de fluido e à ruptura de componentes.
É por isso que a primeira tarefa de conceção deve consistir numa avaliação de riscos que abranja os ensaios normais, a configuração, o carregamento de componentes, a ligação, a despressurização, a manutenção, a utilização indevida previsível e a possível falha de componentes. A norma ISO 12100 estabelece especificamente uma metodologia para identificar perigos, estimar e avaliar riscos e reduzir esses riscos ao longo de todo o processo de conceção e utilização das máquinas.
A proteção deve, portanto, ser concebida tendo em conta o risco identificado, em vez de se basear simplesmente nas dimensões exteriores da máquina.
Como deve ser concebida a proteção?
A proteção física tem como objetivo isolar o operador e o restante do pessoal de uma área de risco durante a realização de ensaios. Dependendo da bancada de ensaio, isto pode envolver painéis fixos, portas de acesso, câmaras de ensaio fechadas, proteções em torno de componentes rotativos ou uma combinação destes métodos.
A proteção deve também estar adaptada à possível direção do perigo. Um painel de visualização transparente, por exemplo, pode melhorar a visibilidade, mas o seu material, espessura, método de montagem e localização devem ser adequados ao risco a controlar. Uma grande área de ensaio de cilindros hidráulicos pode exigir um conceito de proteção diferente do de uma estação compacta de ensaio de válvulas.
Nos Estados Unidos, os requisitos gerais da OSHA relativos à proteção de máquinas exigem a utilização de um ou mais métodos de proteção para proteger os operadores e outros trabalhadores dos riscos associados às máquinas, e as orientações da OSHA relativas às prensas hidráulicas também salientam que as proteções não devem, por si só, criar riscos adicionais.
No caso dos equipamentos de teste, as proteções devem também facilitar o fluxo de trabalho efetivo. Os operadores continuam a necessitar de um acesso razoável para carregar componentes, substituir acessórios, ligar mangueiras e realizar inspeções. Uma proteção que seja tão inconveniente que leve os operadores a sentir-se tentados a contorná-la não constitui uma boa solução de engenharia.
As proteções e os bloqueios de segurança devem funcionar em conjunto
Uma porta de acesso pode proporcionar uma separação física, mas, numa bancada de ensaio automatizada ou de alta pressão, pode também ser necessário que interaja com o sistema de controlo da máquina.
Por exemplo, o projeto pode impedir que um ensaio de alta pressão tenha início enquanto a porta da área de ensaio estiver aberta. Se a porta for aberta durante uma fase perigosa do ensaio, o sistema de segurança poderá ter de interromper a operação em questão e colocar a máquina numa condição de segurança definida.
O que importa é que a resposta seja determinada pela avaliação de riscos. A simples ligação de um interruptor de fim de curso normal a uma entrada do PLC não cria automaticamente uma função de segurança adequada. A norma ISO 13849-1:2023 fornece uma metodologia para a conceção e integração de componentes relacionados com a segurança nos sistemas de controlo, incluindo tecnologias elétricas, hidráulicas, pneumáticas e mecânicas, mas não prescreve um nível de desempenho universal para todas as aplicações.
Esta distinção é especialmente importante para bancos de ensaio controlados por PLC. O programa normal de controlo da máquina e as funções de controlo relacionadas com a segurança não devem ser automaticamente considerados como a mesma coisa.
Como deve ser concebida a proteção contra pressão hidráulica?
O projeto deve ter em conta tanto a pressão de ensaio exigida como as condições transitórias previsíveis. Os dispositivos limitadores de pressão devem impedir que o sistema hidráulico seja intencionalmente submetido a condições que excedam os limites operacionais para os quais foi concebido, enquanto o procedimento de ensaio deve evitar a ocorrência de picos de pressão desnecessários ou de secções com alta pressão retida.
Como princípio geral de engenharia, a pressão de trabalho segura de cada componente não deve ser excedida pela pressão prevista do sistema. A OSHA (Administração de Segurança e Saúde Ocupacional) torna este requisito explícito para o equipamento hidráulico em prensas mecânicas, enquanto a norma ISO 4413 estabelece requisitos de segurança mais abrangentes para sistemas e componentes hidráulicos.
A proteção contra pressão também pode exigir mais do que um nível. O sistema de controlo normal pode regular a pressão de ensaio necessária, enquanto uma função independente de limitação de pressão assegura a proteção caso o controlo normal falhe. A arquitetura exata depende da avaliação de riscos, do nível de pressão, do circuito hidráulico e dos requisitos de segurança aplicáveis.
É necessário ter em conta a energia hidráulica armazenada
Desligar a bomba não significa necessariamente que seja seguro abrir uma bancada de ensaio hidráulico.
A pressão pode permanecer retida numa câmara do cilindro, numa mangueira, num acumulador, numa cavidade do coletor, num componente em teste ou numa secção isolada de tubagem. Um cilindro hidráulico carregado também pode conter energia mecânica, mesmo quando a unidade de potência já não está em funcionamento.
A máquina deve, por conseguinte, dispor de um método definido para passar da condição de ensaio para uma condição de acesso seguro. Tal pode incluir a despressurização controlada, a confirmação de que a pressão desceu para um nível aceitável e a prevenção de movimentos involuntários antes de um operador poder entrar na área de ensaio.
Isto é particularmente importante quando se utiliza uma proteção com interbloqueio. A abertura da porta não deve limitar-se a cortar a alimentação elétrica enquanto ainda houver uma pressão hidráulica significativa retida por trás da proteção.
No que diz respeito à manutenção e à assistência técnica, o controlo de energias perigosas deve também ser considerado separadamente dos controlos de funcionamento normais. As orientações da OSHA relativas às máquinas salientam a relação entre as proteções das máquinas e o controlo de energias perigosas durante as atividades de assistência técnica.
A paragem de emergência é uma função de segurança, não um botão de paragem normal
Uma bancada de ensaio hidráulica deve também ter em conta a forma como é possível interromper uma operação perigosa quando ocorre uma situação anómala.
A norma ISO 13850 estabelece requisitos funcionais e princípios de conceção para as funções de paragem de emergência das máquinas, enquanto a norma IEC 60204-1 abrange o equipamento elétrico, eletrónico e eletrónico programável utilizado nas máquinas e inclui requisitos relacionados com a paragem de emergência e os circuitos de controlo.
No entanto, uma paragem de emergência não deve ser considerada um substituto para proteções, proteção contra pressão ou um sistema de segurança devidamente concebido. A própria norma ISO 13850 distingue a função de paragem de emergência de outras medidas de proteção, tais como a proteção por barreiras ou a limitação do movimento.
No caso de um banco de ensaio hidráulico, a resposta necessária pode envolver a interrupção da alimentação hidráulica, a colocação das válvulas num estado adequado, a prevenção de um aumento adicional da pressão ou a interrupção de movimentos mecânicos perigosos. A resposta mais segura depende da aplicação específica, uma vez que a interrupção imediata da alimentação nem sempre equivale à eliminação segura da energia hidráulica armazenada.
A monitorização de segurança deve apoiar o sistema de proteção contra pressão
Os sensores também podem desempenhar um papel importante para confirmar se o sistema está a funcionar dentro dos limites de teste previstos.
Os sensores de pressão podem ser utilizados para monitorizar a pressão real de ensaio, enquanto os sensores de temperatura podem detetar temperaturas anormais do óleo. A posição da porta, a posição do dispositivo de fixação ou outros sinais de estado também podem ser incorporados na arquitetura de controlo, sempre que tal for exigido pela avaliação de riscos.
A distinção importante é que a medição e a segurança não são, por si só, a mesma função. Um transdutor de pressão utilizado para gerar um relatório de ensaio não constitui necessariamente um dispositivo independente de proteção contra sobrepressão. Da mesma forma, um aviso na IHM não é o mesmo que uma função de proteção relacionada com a segurança.
O projeto deve, portanto, distinguir entre a instrumentação utilizada para avaliar o teste e dispositivos ou funções de controlo utilizados para proteger as pessoas e o equipamento. Quando uma função estiver relacionada com a segurança, a arquitetura e a fiabilidade exigidas devem ser determinadas através da avaliação de riscos da máquina e da metodologia de controlo de segurança aplicável.
A conceção de segurança deve abranger todo o ciclo de ensaios
Uma bancada de ensaio hidráulica não é perigosa apenas enquanto se encontra à pressão máxima. Carregar e descarregar componentes pesados, substituir acessórios de fixação, ligar mangueiras, realizar a circulação a baixa pressão, iniciar um ensaio, libertar a pressão e efetuar a manutenção da máquina são atividades que podem todas acarretar riscos diferentes.
Uma análise de segurança útil deve, por conseguinte, seguir toda a sequência de funcionamento, em vez de se limitar a examinar apenas o esquema hidráulico de alta pressão.
| Fase de teste | Enfoque típico na segurança |
|---|---|
| Carregamento de componentes | Peso, levantamento, estabilidade dos dispositivos de fixação e pontos de aperto |
| Ligação da mangueira/adaptador | Ligação correta e pressão nominal |
| Configuração pré-teste | Posição do protetor, estado do dispositivo de fixação e configuração do circuito |
| Ensaios de pressão | Contenção de pressão, proteção e proteção contra sobrepressão |
| Ensaios dinâmicos | Movimento mecânico, peças rotativas e sequência automatizada |
| Conclusão do teste | Despressurização controlada e confirmação do estado de segurança |
| Remoção de componentes | Pressão residual, superfícies quentes e suporte mecânico |
| Manutenção | Isolamento e controlo de energia perigosa |
Analisar o ciclo na sua totalidade também facilita a identificação de situações em que um operador possa ter de entrar na área protegida e quais as condições que devem ser cumpridas antes de o acesso ser permitido.
As normas aplicáveis dependem da máquina e do mercado
Não existe uma norma única que substitua uma avaliação completa dos riscos para cada banco de ensaio hidráulico. A norma ISO 12100 estabelece o quadro geral para a avaliação de riscos das máquinas, a norma ISO 4413 aborda a segurança dos sistemas hidráulicos, a norma ISO 13850 abrange os princípios de conceção das paragens de emergência, a norma ISO 13849-1:2023 aborda os sistemas de controlo relacionados com a segurança e a norma IEC 60204-1 aborda o equipamento elétrico das máquinas.
Podem aplicar-se requisitos adicionais, dependendo do tipo de banco de ensaio, do país, do setor, do equipamento sob pressão em questão, do sistema elétrico ou das especificações do cliente. Nos Estados Unidos, por exemplo, as disposições gerais da OSHA relativas à proteção de máquinas também podem ser relevantes para a utilização no local de trabalho.
Por este motivo, as normas devem ser consideradas parte integrante do processo de conceção, em vez de uma lista de verificação acrescentada após a construção da máquina.
Conclusão
A conceção de segurança de uma bancada de ensaio hidráulica requer mais do que a simples instalação de uma válvula de alívio e a colocação de uma estrutura metálica à volta da máquina. A bancada de ensaio deve ser concebida tendo em conta os riscos decorrentes do componente, da pressão de ensaio, da energia hidráulica, do movimento mecânico, da sequência de funcionamento e da interação com o operador.
Um conceito de segurança sólido combina avaliação de riscos, proteções adequadas, componentes resistentes à pressão, proteção contra sobrepressão, despressurização controlada, comandos relacionados com a segurança, paragem de emergência e acesso seguro para manutenção. Estas medidas devem ser aplicadas em conjunto, em vez de serem consideradas como opções independentes.
A questão mais útil em termos de design não é, portanto:
“Que acessórios de segurança devem ser adicionados à bancada de ensaio?”
É:
“O que pode acontecer em cada fase deste teste e que medidas de proteção independentes são necessárias para reduzir esse risco?”
Essa abordagem resulta numa bancada de ensaios hidráulicos que não só é capaz de atingir a pressão e o caudal necessários, como também foi concebida para permitir a realização de ensaios seguros e controlados.
