INFLUENCIA DE DISTINTOS PARÁMETROS EN LA MEDIDA DE VIBRACIONES DE MÁQUINAS PORTÁTILES Y OTRAS DE PEQUEÑAS DIMENSIONES

En el póster se presentan las conclusiones del estudio realizado por el INSST, “Vibraciones en máquinas portátiles y otras de pequeñas dimensiones. Parte 1, máquinas de mantenimiento; parte 2, máquinas de jardinería y limpieza”. El objetivo final del estudio es conocer el comportamiento de las vibraciones en 29 máquinas distintas al variar diferentes parámetros que entran en juego. Se han realizado los ensayos con instrumentación adecuada, y según la norma UNE-EN ISO 5349:2002. El estudio recoge: - los resultados por máquina según las distintas condiciones de uso - el análisis de la influencia de parámetros tales como: velocidad, material, herramienta insertada, etc. - la comparativa por familias de máquinas (taladros, amoladoras, etc.) Conclusión del estudio: Determinados parámetros influyen significativamente en las vibraciones. Para estimar el riesgo a vibraciones a partir de los resultados de un ensayo, las condiciones reales de los parámetros críticos deben ser similares a las del ensayo.
Tema secundario: 
Autor principal: 
Rafael
Sánchez-Guardamino Elorriaga
INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD Y SALUD EN EL TRABAJO
España
Coautores: 
Juan
Leiva Pérez
INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD Y SALUD EN EL TRABAJO
España
Introducción: 

1. Antecedentes:

En cumplimiento del Real Decreto 1311/2005 sobre la protección de los trabajadores a los riesgos derivados de la exposición a vibraciones mecánicas, la empresa debe realizar una evaluación de riesgos, y a partir de sus resultados tomar las decisiones sobre las acciones que, en su caso, fueran necesarias para controlar el riesgo.

El riesgo de la exposición a vibraciones mecánicas transmitidas al sistema mano-brazo afecta a muchos millones de trabajadores durante períodos muy prolongados a lo largo de su vida laboral. El uso de máquinas portátiles y otras de pequeñas dimensiones conducidas con las manos está muy extendido en todos los sectores de actividad. Las vibraciones mano-brazo tienen efectos en la salud, que son muy limitantes, e incluso invalidantes.

Estudios anteriores, así como la propia percepción del ser humano, han revelado que las vibraciones generadas por máquinas portátiles y guiadas a mano, en muchos casos, son muy elevadas y fluctuantes. Por ello, y debido al gran uso que se hace de estas máquinas en muchos sectores profesionales, se ha considerado oportuno hacer un estudio más detallado sobre la influencia que distintos parámetros puedan tener sobre la aceleración eficaz que dichas máquinas transmiten al sistema mano-brazo.

El INSST ha realizado un proyecto de investigación, “Vibraciones en máquinas portátiles y otras de pequeñas dimensiones. Parte 1, máquinas de mantenimiento; parte 2, máquinas de jardinería y limpieza”, que ha incluido numerosas mediciones “in situ”, y cuyas conclusiones son objeto del trabajo que se presenta.

El objetivo del estudio es doble. Por un lado, ampliar el conocimiento del comportamiento de las vibraciones al variar las condiciones de trabajo de las máquinas portátiles en situaciones reales (parámetros de la máquina, trabajador, material); y, por otro lado, proporcionar información que facilite a los empresarios el cumplimiento de su deber de evaluar la exposición de los trabajadores a las vibraciones mecánicas, tal y como establece el Real Decreto 1311/2005.

Este proyecto tiene el objetivo adicional de alimentar la base de datos BASEVIBRA, accesible desde la página WEB del Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo, con datos medidos en situaciones reales, de forma que permita la evaluación por estimación de los riesgos derivados de la exposición a vibraciones por el uso de máquinas portátiles y guiadas a mano.

Este estudio está accesible en la página WEB del INSST, en el apartado de catálogo de publicaciones, que incluyen toda las mediciones y el análisis de la influencia de cada parámetro en las vibraciones de cada máquina.

Este trabajo presenta las conclusiones más relevantes que se extraen de la discusión de resultados obtenidos a partir de los ensayos.

2. Alcance del estudio:

El estudio se llevó a cabo en 29 máquinas, a través de más de 260 ensayos realizados durante 4 años. De ellas, 14 corresponden a máquinas de mantenimiento, y las 15 restantes, corresponden a máquinas de jardinería y limpieza. Se ha analizado cómo influyen las distintas condiciones de ensayo en el nivel de vibración en función de los distintos usos de las máquinas, materiales sobre los que se trabaja, etc.

En la siguiente tabla – distribución de ensayos por máquina -, se indican los modelos y el número de ensayos realizados sobre ellas, así como el número total de muestreos, para las máquinas de mantenimiento y para las máquinas de jardinería y limpieza.

Distribución de ensayos por máquina

Los parámetros analizados para las máquinas de mantenimiento dependiendo de las características de cada una, son los siguientes:Distribución de ensayos por máquina

  • Dureza del material, según se trabaje con madera, hierro u hormigón
  • Caracterización de la mano, según sea mano preferente o mano guía
  • Diferentes útiles de trabajo, por ejemplo, tamaño de broca para taladros, tipo de cincel (plano o tipo punzón) para martillos percutores, tamaño de grano para lijadoras, espesor de disco para amoladora BOSCH GWS 10-125C
  • Velocidad de la máquina, según disponga de selector de velocidad
  • Balanceo de la máquina, en caso de disponer de esta opción, como es el caso de la sierra caladora METABO STEB 10S PLUS y sierra sable METABO GWS 23-230.

Los parámetros analizados para las máquinas de jardinería y limpieza según proceda en cada una de ellas, son los siguientes:

  • Caracterización de la mano, según sea mano preferente o mano guía. No se ha tenido en cuenta en aquellas máquinas que se utilicen con una sola mano, o en aquellas que se haya considerado que la posición de agarre de ambas manos era simétrica con respecto al manillar único y rígido.
  • Diferentes útiles de trabajo, por ejemplo, tipo de disco o que use cristalizador o no, para pulidoras.
  • Velocidad de la máquina, por ejemplo, la máquina trabajando a ralentí, a plena potencia, o acelerando y desacelerando según necesidad
  • Posición de la mano guía o posición en el manillar cuando éstos no son simétricos.

Para aquellas máquinas en las que se disponía de valor declarado por el fabricante, se ha realizado una comparación con los valores obtenidos de las mediciones.

Metodología: 

1. Estrategia de muestreo:

La estrategia de muestreo se ha diseñado conforme a lo establecido en la norma UNE-EN ISO 5349:2002 “Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de la exposición humana a las vibraciones transmitidas por la mano”, Parte 1 “Requisitos generales”; y parte 2 “Guía práctica para la medición en el lugar de trabajo”. No obstante, para poder alcanzar los objetivos de este proyecto se han llevado a cabo un número de ensayos y unos tiempos de medición superiores a lo indicado en la norma. De tal forma que la aceleración eficaz reflejada para un ensayo corresponde a 4 o 5 medidas de campo promediadas en el tiempo, con una duración cada una de ellas de entre 25 y 40 segundos.

En la mayoría de los casos se han intentado reproducir (en diferentes años) las mismas condiciones de trabajo, con una misma máquina, para poder hacer posteriores comparativas.

Previamente a la realización de los ensayos, se diseñó la estrategia de muestreo en la que se establecía:

  • la máquina portátil o la máquina de pequeñas dimensiones que se iba a ensayar.
  • las condiciones de funcionamiento de la máquina que eran de interés: velocidad, trayectoria, ciclos, útiles.
  • las condiciones de operación: utilización con una mano o dos manos.
  • los materiales sobre los que se suele trabajar según los modos de funcionamiento previstos por el fabricante: madera, metal, hormigón…
  • acelerómetros triaxiales a colocar (para una o dos manos) y lugar más apropiado.
  • número de veces a repetir cada medida y tiempo de muestreo: en la mayoría de los casos se realizaron un mínimo de 4 medidas con una duración no inferior a 20 segundos para una misma condición de trabajo. 

2. Instrumentación de medida:

Los medios técnicos utilizados para los ensayos de medida de las vibraciones de máquinas de mantenimiento, objeto de este informe, fueron:

  • Analizador portátil de vibraciones en el cuerpo humano de 4 canales (vibrómetro tipo 4447).

Se ha utilizado este equipo portátil para recoger la medida de vibraciones de máquinas cuya operación requería el desplazamiento del operario (tareas dinámicas) o, generalmente, en tareas de exterior, ya que este equipo de medida permitía ser portado por el propio trabajador.

  • Módulo de adquisición Front End tipo 3560 D con sistema multianalizador PULSE tipo 7700.

Esta instrumentación multicanal permite el análisis de frecuencias y la medición de la aceleración eficaz simultánea en ambas manos. Se utiliza para la medición de las vibraciones correspondientes a las máquinas asociadas a actividades estáticas, pues este equipo no puede ser portado por el operario. Generalmente, se utiliza en interiores. La lectura se registra directamente en el ordenador, a través de un paquete específico de software.

  • Otros medios materiales: acelerómetros triaxiales mano-brazo, excitador portátil de comprobación para ajuste de sensibilidad, cables de conexión, adaptadores de mano-, software y hardware asociado al equipo.

Los equipos utilizados están homologados y cumplen la norma ISO 8041:2005. Respuesta humana a las vibraciones. Instrumentos de medida.

Resultados: 

En las dos siguientes tablas se muestran los resultados globales obtenidos en las mediciones. Los datos que aparecen corresponden al valor mínimo de aceleración eficaz medido, el valor máximo y el valor de la mediana. Debe tenerse en cuenta que estos valores son los correspondientes a los obtenidos en todos los ensayos de cada una de las máquinas independiente de las condiciones de ensayo.

Resultados obtenidos para cada una de las máquinas estudiadas (Mantenimiento)
 

Resultados obtenidos para cada una de las máquinas estudiadas (Jardinería y limpieza)

Para cada máquina se ha analizado cómo varía la aceleración eficaz ponderada al cambiar las condiciones de trabajo respecto a un determinado parámetro de ensayo, como puede ser caracterización de la mano, tamaño del útil, velocidad de la máquina.

Se ha expresado en una gráfica la influencia de los parámetros en la aceleración eficaz, de forma que en el eje de abscisas se representa las distintas condiciones para un determinado parámetro y en ordenadas la aceleración eficaz en m/s2.

La barra de color rojo refleja el intervalo de valores de las vibraciones registradas para los diferentes ensayos realizados, y la barra de color azul, la mediana, que es el valor central de todo el conjunto de datos ordenados de menor a mayor, lo que permite desechar aquellos valores extremos y que no tengan influencia en el valor central.

A modo de ejemplo, en el siguiente gráfico se muestra los resultados obtenidos de los ensayos del taladro BOSCH 1199.7 al trabajar la madera. Se observa que la aceleración aumenta al aumentar el tamaño de broca.

Ejemplo de gráfico para el análisis de la influencia del tamaño de broca en la aceleración del taladro, trabajando madera.

Ejemplo de gráfico para el análisis de la influencia del tamaño de broca en la aceleración del taladro, trabajando madera

Discusión de resultados: 

Tras analizar todos los resultados obtenidos para las diferentes máquinas portátiles ensayadas, cabe confirmar que las vibraciones generadas por este tipo de máquinas, en condiciones reales o simuladas de trabajo, están influenciadas por muchas variables que se presentan de forma simultánea, lo que hace complicado (debido a la gran dispersión de resultados) poder obtener conclusiones generales que sean extrapolables al conjunto de máquinas ensayadas.

No obstante, se ha realizado el análisis por parámetros y por familias de máquinas para intentar ilustrar los resultados obtenidos en las mediciones de campo realizadas.

1. Análisis por parámetro:

El estudio presenta diagramas de sectores para los distintos parámetros analizados. En ellos, para cada condición del parámetro, se indica el número de máquinas que lo cumplen y el porcentaje sobre el número de máquinas para las que se ha analizado dicho parámetro.

A modo de ejemplo, en el siguiente gráfico se muestra el número de máquinas estudiadas, y su porcentaje, que cumplen la condición de aumentar, disminuir, mantener constante, obtener disparidad las vibraciones al aumentar la dureza del material.

Ejemplo de gráfico de sectores para el análisis de cómo afecta el parámetro de la dureza del material a las vibraciones mecánicas transmitidas por las máquinas de mantenimiento.

2. Análisis por familias de máquinas:

El estudio incluye una comparativa por familias de máquinas. En el caso de las máquinas de mantenimiento se han considerado 4 familias: Lijadoras, taladros, sierras de calar y amoladoras. Las máquinas de jardinería y limpieza se han agrupado en 5 familias: cortacéspedes, desbrozadoras, cortasetos, sopladoras y pulidoras rotativas.

Se han cruzado las distintas máquinas de una familia, para analizar el efecto que tiene un parámetro dado en las vibraciones obtenidas en los ensayos, a fin de observar si el comportamiento de las vibraciones es el mismo para todas las máquinas de la familia.

A modo de ejemplo se muestra en el gráfico de barras siguiente que para los 3 taladros la vibración aumenta al trabajar sobre hormigón respecto a las que se obtiene cuando se trabaja sobre hierro, usando brocas entre 6 y 6,5 mm.

Ejemplo de comparativa entre hierro y hormigón con brocas de 6 o 6,5 para cada uno de los taladros estudiados

Conclusiones: 

En este epígrafe se mencionan las conclusiones que se derivan del estudio, que son la siguientes:

  • Sobre el valor declarado, cabe destacar que el 30% de las máquinas estudiadas no disponen de valor de la aceleración eficaz declarada en el manual de instrucciones del fabricante. El punto 2.2.2.1, “Máquinas portátiles y máquinas guiadas a mano”, del Anexo I, de la Directiva de máquinas 2006/42/CE, establece como requisito esencial complementario de seguridad y de salud para este tipo de máquinas, la obligación de que el fabricante indique en el manual de instrucciones:
    • el valor total de la vibración a la que está expuesto el sistema mano-brazo, cuando exceda de 2,5 m/s2. Cuando no exceda de 2,5 m/s2, se deberá mencionar este particular​
    • La incertidumbre de la medición.
  • Los valores de emisión de vibración facilitados por los fabricantes en sus manuales de instrucciones, en general, difieren con los valores de exposición obtenidos en los ensayos llevados a cabo en situaciones reales de trabajo o simuladas. Por ello, a la hora de recurrir a la evaluación por estimación partiendo de los datos facilitados por el fabricante, es necesario utilizar la norma UNE-CEN/TR 15350:2013 IN, que está actualmente siendo revisada por CEN.
  • Las máquinas de mantenimiento transmiten mayores vibraciones que las máquinas de jardinería y limpieza. De hecho, de las 14 máquinas de mantenimiento estudiadas, sólo se obtuvieron medianas de aceleraciones eficaces inferiores a 5,0 m/s2, para 3 máquinas, siendo una de ellas, el taladro atornillador HITACHI DV 18 DSL, incluso menor de 2,5 m/s2. De las 15 máquinas de jardinería y limpieza analizadas, en seis de ellas (las tres puli­doras, la hidrolimpiadora y en dos de las sopladoras) se obtuvo una mediana inferior a 2,5 m/s2. Al comparar las máquinas que más vibran en cada uno de los grupos, se identifican en el caso de las máquinas de mantenimiento, la sierra sable METABO, para la que se obtuvo una mediana de 26,0 m/s2, o las lijadoras, 11,2 y 19,8 m/s2, según modelo; para las máquinas de jardinería y limpieza la motosierra STIHL (11,0 m/s2) y los corta-setos (6,1 y 9,0 m/s2, según modelo)
  • Sobre la influencia de los parámetros estudiados en la vibración transmitida al sistema mano-brazo, se debe destacar que los parámetros que más afectan a la vibración son la dureza del material y el tamaño de la herramienta, como ocurre con el tamaño de broca para los taladros. De seta forma al aumentar la dureza del material sobre el que se trabaja y el tamaño de la herramienta, aumenta la vibración. En cuanto a la velocidad de la máquina, en la mayoría de los casos, al aumentar la velocidad aumenta también las vibraciones. No obstante, para las lijadoras ocurre lo contrario, a mayor velocidad, menor vibración. Respecto a la caracterización de la mano, no se ha podido determinar cuál de las dos manos - la mano preferente o la mano guía - está más expuesta a vibraciones
  • Finalmente, dado que determinados parámetros tienen un efecto significativo en las vibraciones, se deben identificar las condiciones de ensayo bajo las que se han obtenido los valores de aceleración eficaz. De esta forma, se podrán utilizar estos valores para evaluar el riesgo de exposición a vibraciones en un puesto concreto de trabajo, siempre que las condiciones de uso real sean similares a las condiciones en las que aquellos fueron obtenidos.
Agradecimientos: 

Expresamos nuestro agradecimiento a todas las instituciones tanto estatales como autonómicas, organismos oficiales y privados, entidades, empresas y técnicos que colaboran de manera activa en el desarrollo de proyectos de investigación en materia de vibraciones mecánicas que afectan a la salud humana.

Quisiéramos también extender nuestro agradecimiento a todas a aquellas personas que han participado en este proyecto, y que ya no están en el INSST, ya que su aportación ha enriquecido este proyecto.

Finalmente agradecemos al XIX Congreso Internacional de Prevención de Riesgos Laborales Madrid ORP 2019 por su impulso a este tipo de proyectos.

Referencias bibliográficas: 
  1. Directiva 2002/44/CE del Parlamento Europeo y del Consejo sobre las disposiciones mínimas de seguridad y de salud relativas a la exposición de los trabajadores a los riesgos derivados de agentes físicos (vibraciones) de 25 de junio de 2002. D.O.C.E. núm. L177/13-19, de 6 de julio de 2002.
  2. Real Decreto 1311/2005, de 4 de noviembre sobre la protección de la salud y la seguridad de los trabajadores frente a los riesgos derivados o que puedan derivarse de la exposición a vibraciones mecánicas. BOE núm. 265 de 5 de noviembre.
  3. Guía Técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relacionados con las vibraciones. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo.
  4. Página web del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. http://www.insht.es/
  5. UNE-EN ISO 5349-1:2002. Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de la exposición humana a las vibraciones transmitidas por la mano. Parte 1: Requisitos generales
  6. UNE-EN ISO 5349-2:2002. Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de la exposición humana a las vibraciones transmitidas por la mano. Parte 2: Guía práctica para la medición en el lugar de trabajo.
  7. UNE-EN ISO 8041: 2006. Respuesta humana a las vibraciones. Instrumentos de medida.

 

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